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使用马铃薯 X 病毒载体中的非间隔 sgRNA 阵列工程进行高效的 Cas9 多重编辑
基于成簇、规则间隔、短回文重复序列 (CRISPR) 和 CRISPR 相关蛋白 (Cas) 的系统彻底改变了许多生物体（包括植物）的基因组编辑。植物中的大多数 CRISPR-Cas 策略依赖于使用农杆菌进行遗传转化来提供基因编辑试剂，例如 Cas 核酸酶或合成向导 RNA (sgRNA)。虽然 Cas 核酸酶是编辑方法中的恒定元素，但 sgRNA 是靶向特异性的，通常需要筛选过程来识别最有效的 sgRNA。植物病毒衍生载体是将 sgRNA 快速有效地递送到成年植物中的一种替代方法，因为病毒具有基因组扩增和系统运动的能力，这种策略称为病毒诱导的基因组编辑。我们对马铃薯病毒 X (PVX) 进行了改造，以构建一种可在成年茄科植物中轻松表达多个 sgRNA 的载体。使用基于 PVX 的载体，本氏烟基因被有效靶向，在组成性表达化脓性链球菌 Cas9 的转化株系中产生近 80% 的插入/缺失。有趣的是，结果表明 PVX 载体允许表达不间隔 sgRNA 阵列，在成年植物组织中几天内实现高效的多重编辑。此外，可以从受感染组织或受感染植物种子再生的植物中获得无病毒编辑的后代，这些后代表现出高遗传双等位基因突变率。总之，这种新的 PVX 载体可以轻松、快速和高效地表达 sgRNA 阵列以进行多重 CRISPR-Cas 基因组编辑，并将成为跨不同植物物种（尤其是茄科作物）进行功能基因分析和精准育种的有用工具。
作物遗传转化的当前进展与挑战
植物转化仍然是功能基因组学和作物遗传改良最受追捧的技术，尤其是用于引入特定的新特性以及修改或重组已有特性。自 25 年前首次推出以来，转基因作物与许多其他农业技术一样，全球产量稳步增长。自首次使用农杆菌将 DNA 转移到植物细胞以来，不同的转化方法推动了分子育种方法的快速发展，将具有新特性的作物品种推向市场，而这些特性是传统育种方法难以实现或不可能实现的。如今，转化生产转基因作物是农业领域最快和最广泛采用的技术。植物基因组测序数量迅速增加，功能基因组学数据中的信息有助于了解基因功能，再加上新型基因克隆和组织培养方法，进一步加速了作物改良和特性发展。这些进步是值得欢迎的，也是使作物更能适应气候变化并确保产量以养活不断增长的人口所必需的。尽管取得了成功，但转化仍然是一个瓶颈，因为许多植物物种和作物基因型难以适应既定的组织培养和再生条件，或者转化能力较差。使用形态发生转录调控因子可以进行改进，但它们的广泛适用性仍有待检验。基因组编辑技术的进步和直接、非组织培养的转化方法为增强其他难转化作物品种的开发提供了替代方法。在这里，我们回顾了植物转化和再生的最新进展，并讨论了农业中新育种技术的机会。
crispr/cas9
食物过敏是全球一个主要的健康问题。现代繁殖技术，例如通过CRISPR/CAS9进行基因组编辑，有可能通过靶向植物中的过敏原来减轻这种情况。这项研究介绍了主要的过敏原胸罩J i，这是2S白蛋白类的种子储存蛋白，在异形棕色芥末（Brassica Juncea）中。印度基因银行加入（CR2664）和德国品种Terratop的副卵形植物使用具有多个单一指南RNA的二进制载体的农业杆菌进行了转化，以引起大型删除或两种Bra J I or词的大型删除或Frameshift突变。总共获得了49 T 0线，最多3.8％的转化效率。在胸罩J ib等位基因中，四行的删除为566，最高790 bp。在18条Terratop t 0线中，有9条带有靶向区域的indels。从16个分析的CR2664 t 0行，14行持有的indels和3个具有四个Bra J I等位基因突变。CRISPR/CAS9引起的大多数突变是t 1后代遗传的。在一些编辑的线中，种子的形成和生存能力降低，种子显示出胚胎的早熟发育，导致滴虫已经破裂。使用新开发的BRA J I特异性抗体进行免疫印迹，显示了所选系的种子提取物中要降低或不存在的胸罩J I蛋白的量。从芥末中去除偏远的决定因素是迈向开发更安全的食品作物的重要第一步。
双 sgRNA 定向 CRISPR/Cas9 构建体，用于编辑有色柑橘类水果中果实特异性的 β -环化酶 2 基因
CRISPR/Cas9 基因组编辑是一种现代生物技术方法，用于改良植物品种，仅改变特定品种的一个或几个性状。然而，由于缺乏对关键基因的了解、幼苗期较长以及特定品种的整株植物难以再生，这种技术不能轻易用于改良柑橘果实的品质性状。在这里，我们介绍了一种基因组编辑方法，目的是生产果实中同时含有番茄红素和花青素的柑橘幼苗。我们的方法采用双单向导 RNA (sgRNA) 定向基因组编辑方法来敲除果实特异性的 β-环化酶 2 基因，该基因负责将番茄红素转化为 β-胡萝卜素。两个 sgRNA 同时靶向该基因以产生大量缺失，并在两个 sgRNA 靶标中诱导点突变。农杆菌 EHA105 菌株用于转化五种不同的花青素甜橙（属于 Tarocco 和 Sanguigno 品种组）和“Carrizo”枳橙（一种柑橘砧木）作为柑橘转化的模型。在目标区域测序的 58 个小植株中，86% 成功编辑。最常见的突变是缺失（从 -1 到 -74 个核苷酸）和插入（+1 个核苷酸）。此外，在六个小植株中发现了一个新事件，包括两个 sgRNA 之间区域的倒置。对于发生单个突变的 20 个小植株，我们排除了嵌合事件。小植株在营养组织中没有表现出改变的表型。据我们所知，这项工作是使用基因组编辑方法潜在改善柑橘水果品质性状的第一个例子。
t-dNA插入肉胶中的brocaim brocae结果...
收到2022年9月14日； 2023年3月23日接受； 2023年4月17日出版作者分支：1广州林业与景观建筑研究所，广州510405，中国公关； 2广东工业理工学院的生态环境技术学院，纳海校区，佛山528225，中国公关； 3州生物控制和广东植物资源主要实验室的国家主要实验室，生命科学学院，孙子森大学，广州510275，公关中国。*通信：changchao Xu，Xuchangchao12345@aliyun。com关键字：磷酸盐溶解化； T-DNA插入；烯醇酶。缩写：AD，任意退化底漆； ATMT，农杆菌Tumefaciens介导的转化；棒，伴侣抗性基因；凸轮，醋酸纤维素膜；挖掘，二高氧素蛋白； DW，干重； EGFP，增强的绿色荧光蛋白； GCD，葡萄糖脱氢酶基因； GFP，绿色荧光蛋白； GUS，β-葡萄糖醛酸酶； HPH，Hygromycin B磷酸转移酶基因； HPLC，高性能液相色谱； IM，感应培养基； LB，Luria – Bertani培养基； MES，2-（N- morpholino）乙磺酸； NCM，硝酸纤维素膜； PDA，马铃薯葡萄糖琼脂； PDB，马铃薯葡萄汤； PEG，聚乙烯乙二醇； PQQ，吡咯喹啉喹酮合成基因； PSM，磷酸盐溶解微生物； PVK，Pikovskaya Medium;尾-PCR，热不对称交错PCR； T-DNA，转移DNA。已将核苷酸烯醇酶基因的核苷酸序列和相应的cDNA序列沉积在国家生物技术信息中心（NCBI）核苷酸数据库（https://wwwww.ncbi.nlm.nlm.nih.gov/nuccore/）无访问量表上的核苷酸数据库（https://wwwww.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/）。001325©2023作者†这些作者同样为这项工作做出了同样的贡献，三个补充数据和本文的在线版本提供了两个补充表。
GB4.0平台，CRISPR/CAS ...
CRISPR/CAS能够同时瞄准多个基因座（多重）的能力是改变植物育种的游戏规则。多路复用不仅会加速性格金字塔，而且还可以揭示功能冗余所隐藏的特征。此外，多路复用增强了基于DCAS的可编程基因表达，并实现了类似级联的基因调节。然而，包含串联阵列导向RNA（GRNA）的多重构建体的设计和组装需要无疤的克隆，并且由于存在重复序列而仍然很麻烦，从而阻碍了更广泛的使用。在这里，我们介绍了软件辅助克隆平台Goldenbraid（GB）的全面扩展，其中除了其多基因克隆软件之外，我们将新的工具集成了新的工具，用于基于IIS的易于且六个串联阵容的GRNA，使用Cas9和cas12a，使用GRNA-trees-trees-trees-crrna-crrrna-crrrna和crrrnna crrrnna crrrnna crrrnna crrrna carrna-crrrna crrrna cas12a。作为新工具的应力测试，我们组装并用于农杆菌介导的稳定转化A 17 cas9-grnas构造，靶向烟草中的Squamosa-promoter结合蛋白样（SPL）基因家族的子集。14个选定的基因是miR156的靶标，因此在少年到成年和营养至生殖相变中可能起重要作用。使用17个grnas构建体，我们生成了一组无Cas9的SPL编辑的T 1植物，该植物携带了多达9个双重突变，并显示出叶少年和更多的分支。GB4.0 Genome Edition纳入了新的基于Web的工具和随附的DNA零件集合，为植物基因组工程提供了多合一的开放平台。使用荧光素酶lyanum lycopersicum mtb促进剂或Agrobacterium tumefaciens Nopaline benthase prospermers inice inice inice Amamaine inice Amamaine in NiceAtient在NICAPASE中，NICAPASE PROSSITER in NICAPASE in NICAPASE in NICAPASE in NICAPASE in NICAPASE in NICAPASE in NICASIEN中，NICAIN中的使用单个和多重GRNA的GB组装DCAS9和基于DCAS12A的CRISPR/CAS激活剂和阻遏物使用单一和多路复用GRNA的功能。使用单个和多重GRNA的GB组装DCAS9和基于DCAS12A的CRISPR/CAS激活剂和阻遏物使用单一和多路复用GRNA的功能。
基于 CRISPR/Cas9 的 PMR4 基因敲除降低了两种番茄品种对晚疫病的易感性
摘要：番茄晚疫病（LB）的病原菌是致病疫霉菌，是一种毁灭性的疾病，严重影响植物的生产力。植物中易感基因（S）的存在促进了病原菌的增殖；因此，抑制这些基因可能有助于提供广谱和持久的耐受性/抗性。先前对拟南芥和番茄的研究表明，PMR4 易感基因的敲除突变体对白粉病具有耐受性。此外，马铃薯中 PMR4 的敲低已被证明可以赋予对 LB 的耐受性。为了在本研究中验证番茄中的相同效果，将含有四个单向导 RNA（sgRNA：sgRNA1、sgRNA6、sgRNA7 和 sgRNA8）的 CRISPR-Cas9 载体（靶向尽可能多的 SlPMR4 区域）通过农杆菌介导的转化引入两种广泛种植的意大利番茄品种：“San Marzano”（SM）和“Oxheart”（OX）。选择了 35 株植物（26 株 SM 和 9 株 OX）并进行筛选，以确定 CRISPR/Cas9 诱导的突变。不同的 sgRNA 导致的突变频率范围从 22.1% 到 100%，或者精确插入（sgRNA6）或缺失（sgRNA7、sgRNA1 和 sgRNA8）。值得注意的是，sgRNA7 在七种 SM 基因型中诱导了纯合状态下的 − 7 bp 缺失，而 sgRNA8 导致产生十五种具有双等位基因突变（ − 7 bp 和 − 2 bp）的 SM 基因型。选定的编辑品系接种了 P. infestans，其中四种在 PMR4 基因座完全敲除的品系与对照植物相比表现出减轻的病害症状（易感性从 55% 降低到 80%）。使用 Illumina 全基因组测序对四种 SM 品系进行测序以进行更深入的表征，而未显示出候选脱靶区域发生任何突变的证据。我们的结果首次表明，pmr4 番茄突变体对致病疫霉菌的易感性降低，证实了 KO PMR4 在提供针对病原体的广谱保护中的作用。
94 个 CRISPR-Cas9 表达 T0 转基因烟草株系的基因编辑谱揭示了目标基因的高嵌合编辑频率
摘要：嵌合编辑是基因编辑中经常报道的技术。为了评估嵌合编辑的普遍情况，我们构建了携带标记β-葡萄糖醛酸酶基因（gusA）的转基因烟草品系，并将CRISPR-Cas9编辑载体引入转基因烟草品系中以敲除gusA，然后研究T0代及后续代中gusA的编辑效率。编辑载体携带一个由花椰菜花叶病毒35S启动子驱动的Cas9基因，以及两个引导RNA，gRNA1和gRNA2，分别由拟南芥U6（AtU6）和U3（AtU3）启动子驱动。两个gRNA被设计用于敲除gusA编码区的一个42个核苷酸的片段。利用农杆菌介导的转化和潮霉素选择将编辑载体转化到含有gusA的烟草叶中。使用抗潮霉素的独立 T 0 转基因株系通过组织化学 GUS 测定、聚合酶链式反应 (PCR) 和 PCR 扩增子的下一代测序来评估 gusA 编辑效率。94 个 T 0 转基因株系的靶序列图谱显示，这些株系是由未经编辑的细胞再生而来的，随后进行了编辑，并在再生期间或之后在这些株系中产生了嵌合编辑细胞。其中两个株系的 42 bp 核苷酸对的靶片段被去除。详细分析表明，在 4.3% 和 77.7% 的 T 0 转基因株系中分别发现了 AtU6-gRNA1 位点和 AtU3-gRNA2 位点的靶突变。为了解决 T 0 株系中编辑效率极低的问题，我们从嵌合株系进行了第二轮芽诱导，以提高获得所有或大多数细胞都经过编辑的株系的成功率。 T 0 转基因系中的突变谱为理解利用组成型表达的 CRISPR-Cas9 和 gRNA 进行植物细胞中的基因编辑提供了宝贵的信息。
通过 CRISPR 协调玉米基因上调
基因组编辑技术显著提高了我们精确修改基因组和基因的能力，为设计内源途径和性状开辟了新的可能性。在玉米等作物中，已经证实可以实现小的插入/缺失、碱基变化和结构变异（Nuccio 等人，2021 年）。然而，虽然这些编辑通常会导致基因敲除 (KO) 或敲低，但许多农艺性状的改善需要更高的基因表达，有益的天然等位基因和转基因就是明证。因此，作物改良需要能够可预测和可调整地上调多个基因的工具，而没有使用转基因的技术限制和监管弊端。为了开发一种广泛适用的通过编辑增加基因表达的方法，我们寻找了一种玉米原生的小元素，可以将其插入内源启动子中以实现上调。我们在玉米基因组中发现了一个回文 12 bp 序列 GTAAGCGCTTAC（“植物增强子”，PE），它与农杆菌章鱼碱合酶启动子中已知的转录增强子元件（Bouchez 等人，1989）相似，并且也出现在其他作物（如大豆、水稻和大麦）的基因组中。为了在非同源末端连接 (NHEJ) 介导的 CRISPR/Cas 诱导的双链断裂修复过程中将 PE 插入玉米启动子中（图 1a），我们用金粒子轰击了来自 Cas9 表达系的未成熟玉米胚 (Lorenzo 等人，2022)，这些金粒子包裹着 (i) 针对谷氨酰胺合成酶 1-3 (Gln1-3) 核心启动子的合成单向导 RNA (sgRNA)，(ii) PE 三聚体 (3xPE) 作为双链寡脱氧核苷酸 (dsODN)，两端有两个保护性硫代磷酸酯键，没有任何目标同源序列，和 (iii) 携带除草剂抗性标记和荧光蛋白的表达盒的质粒，允许在再生过程中进行选择和视觉筛选。39% 的再生系在目标启动子中携带 dsODN 衍生的插入。除了完美的 3xPE 插入，由于 NHEJ 的不精确性，我们还恢复了连接处有小插入/缺失的等位基因、截断处只留下一个或两个 PE 单体或插入一个以上 3xPE 元件的等位基因（图 1b）。插入等位基因通常存在于 50% 或 100% 的扩增子测序读数中，
杨兵，博士，密苏里大学农学院...
杨冰博士 密苏里大学农业、食品与自然资源学院；植物科学部 340e Bond 生命科学中心 哥伦比亚，密苏里州 65211-7145 关于：确认具有抗细菌性枯萎病的基因组编辑水稻的监管状态 亲爱的杨博士： 感谢您 2020 年 5 月 22 日的来信，您询问信中描述的大米（Oryza sativa）产品是否属于 7 CFR 第 340 部分规定的受管制物品。您的来信描述了水稻的 CRISPR-Cas 基因组编辑，这种编辑破坏了糖转运基因启动子的功能，而糖转运基因对于植物易受水稻白叶枯病菌感染至关重要，从而产生了所需的抗细菌性枯萎病。 2000 年《植物保护法》 (PPA) 赋予美国农业部权力监督植物害虫或有害杂草的检测、控制、根除、抑制、预防或延缓蔓延，以保护美国的农业、环境和经济。根据《联邦法规》第 7 章第 340 条“引入通过基因工程改变或生产的植物害虫或有理由相信是植物害虫的生物和产品”，美国农业部负责监管某些使用基因工程开发的生物的进口、州际运输和环境释放（田间测试），这些生物是或有可能成为植物害虫。根据该法规，如果某种生物是使用供体生物、受体生物或 § 340.2 中列出的媒介或媒介剂进行基因工程改造并符合植物害虫定义的，则该生物被视为受管制物品；或为未分类的生物和/或分类不明的生物，或管理员确定该生物为植物害虫或有理由相信其为植物害虫。在您的信函中，您描述了使用解除武装的农杆菌将 CRISPR-Cas 基因编辑试剂引入水稻细胞以编辑三个目标基因的启动子。没有提供 DNA 修复模板。使用常规育种来生成和选择包含预期编辑但不引入外源 DNA 的后代。通过使用对应于 CRISPR-Cas 构建体不同成分的十种不同引物对进行 PCR 扩增来确认引入构建体中不存在 DNA。根据您在信函中做出的陈述，包括您对确认方法结果的描述，您的基因组编辑水稻品系本身不是植物害虫，并且没有植物害虫序列整合到水稻植物基因组中。与之前对类似询问信的回复一致，美国农业部不认为您的基因组编辑水稻品系受 7 CFR 第 340 条的监管。