Several genetic strategies have been proposed for the successful transformation and expression of microbial transgenes in model and crop plants. Here, we bring into focus the prominent applications of microbial transgenes in plants for the development of disease resistance; mitigation of stress conditions; augmentation of food quality; and use of plants as "bioreactors" for the production of recombinant proteins, industrially important enzymes, vaccines, antimicrobial compounds, and other valuable secondary metabolites. We discuss the applicable and cost-effective approaches of transgenesis in different plants, as well as the limitations thereof. We subsequently present the contemporary developments in targeted genome editing systems that have facilitated the process of genetic modification and manifested stable and consumer-friendly, genetically modified plants and their products. Finally, this article presents the different approaches and demonstrates the introduction and expression of microbial transgenes for the improvement of plant resistance to pathogens and abiotic stress conditions and the production of valuable compounds, together with the promising research progress in targeted genome editing technology. We include a special discussion on the highly efficient CRISPR-Cas system helpful in microbial transgene editing in plants.
The virus-induced genome editing (VIGE) system aims to induce targeted mutations in seeds without requiring any tissue culture. Here, we show that tobacco rattle virus (TRV) harboring guide RNA (gRNA) edits germ cells in a wild tobacco, Nicotiana attenuata, that expresses Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9). We first generated N. attenuata transgenic plants expressing SpCas9 under the control of 35S promoter and infected rosette leaves with TRV carrying gRNA. Gene-edited seeds were not found in the progeny of the infected N. attenuata. Next, the N. attenuata ribosomal protein S5 A (RPS5A) promoter fused to SpCas9 was employed to induce the heritable gene editing with TRV. The RPS5A promoter-driven SpCas9 successfully produced monoallelic mutations at three target genes in N. attenuata seeds with TRV-delivered guide RNA. These monoallelic mutations were found in 2%-6% seeds among M1 progenies. This editing method provides an alternative way to increase the heritable editing efficacy of VIGE.
Lee, Hyomin K.;Oh, Yeounsun;Hong, Juyoung;Lee, Seung Hwan;Hur, Junho K.
BMB Reports
/
v.54
no.2
/
pp.98-105
/
2021
The clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) system is a family of DNA sequences originally discovered as a type of acquired immunity in prokaryotes such as bacteria and archaea. In many CRISPR systems, the functional ribonucleoproteins (RNPs) are composed of CRISPR protein and guide RNAs. They selectively bind and cleave specific target DNAs or RNAs, based on sequences complementary to the guide RNA. The specific targeted cleavage of the nucleic acids by CRISPR has been broadly utilized in genome editing methods. In the process of genome editing of eukaryotic cells, CRISPR-mediated DNA double-strand breaks (DSB) at specific genomic loci activate the endogenous DNA repair systems and induce mutations at the target sites with high efficiencies. Two of the major endogenous DNA repair machineries are non-homologous end joining (NHEJ) and homology-directed repair (HDR). In case of DSB, the two repair pathways operate in competition, resulting in several possible outcomes including deletions, insertions, and substitutions. Due to the inherent stochasticity of DSB-based genome editing methods, it was difficult to achieve defined single-base changes without unanticipated random mutation patterns. In order to overcome the heterogeneity in DSB-mediated genome editing, novel methods have been developed to incorporate precise single-base level changes without inducing DSB. The approaches utilized catalytically compromised CRISPR in conjunction with base-modifying enzymes and DNA polymerases, to accomplish highly efficient and precise genome editing of single and multiple bases. In this review, we introduce some of the advances in single-base level CRISPR genome editing methods and their applications.
The discovery and mechanistic understanding of target-specific genome engineering technologies has led to extremely effective and specific genome editing in higher organisms. Target-specific genetic modification technology is expected to have a leading position in future gene therapy development, and has a ripple effect on various basic and applied studies. However, several problems remain and hinder efficient and specific editing of target genomic loci. The issues are particularly critical in precise targeted insertion of external DNA sequences into genomes. Here, we discuss some recent efforts to overcome such problems and present a perspective of future genome editing technologies.
Direct injection of genome editing tools such as CRISPR/Cas9 system into developing embryos has been widely used to generate genetically engineered pigs. The approach allows us to produce pigs carrying targeted modifications at high efficiency without having to apply somatic cell nuclear transfer. However, the targeted modifications during embryogenesis often result in mosaicism, which causes issues in phenotyping founder animals and establishing a group of pigs carrying intended modifications. This study was aimed to establish a genomic PCR and sequencing system of a single blastomere in the four-cell embryos to detect potential mosaicism. We performed genomic PCR in four individual blastomeres from four-cell embryos. We successfully amplified target genomic region from single blastomeres of 4-cell stage embryo by PCR. Sanger sequencing of the PCR amplicons obtained from the blastomeres suggested that PCR-based genotyping of single blastomere was a feasible method to determine mutation type generated by genome editing technology such as CRISPR/Cas9 in early stage embryos. In conclusion, we successfully genotyped single blastomeres in a single 4-cell stage embryo to detect potential mosaicism in porcine embryos. Our approach offers a simple platform that can be used to screen the prevalence of mosaicism from designed CRISPR/Cas9 systems.
Park, Su Jin;Choi, Young-Im;Jang, Hyun A;Kim, Sang-Gyu;Choi, Hyunmo;Kang, Beum-Chang;Lee, Hyoshin;Bae, Eun-Kyung
Journal of Plant Biotechnology
/
v.48
no.1
/
pp.34-43
/
2021
Targeted genome editing using the CRISPR/Cas9 system is a ground-breaking technology that is being widely used to produce plants with useful traits. However, for woody plants, only a few successful attempts have been reported. These successes have used Agrobacterium-mediated transformation, which has been reported to be very efficient at producing genetically modified trees. Nonetheless, there are unresolved problems with plasmid sequences that remain in the plant genome. In this study, we demonstrated a DNA-free genome editing technique in which purified CRISPR/Cas9 ribonucleoproteins (RNPs) are delivered directly to the protoplasts of a hybrid poplar (Populus alba × Populus glandulosa). We designed three single-guide RNAs (sgRNAs) to target the stress-associated protein 1 gene (PagSAP1) in the hybrid poplar. Deep sequencing results showed that pre-assembled RNPs had a more efficient target mutagenesis insertion and deletion (indel) frequency than did non-assembled RNPs. Moreover, the RNP of sgRNA3 had a significantly higher editing efficacy than those of sgRNA1 and sgRNA2. Our results suggest that the CRISPR/Cas9 ribonucleoprotein-mediated transfection approach is useful for the production of transgene-free genome-edited tree plants.
Objective: Based on rapid advancement of genetic modification techniques, genomic editing is expected to become the most efficient tool for improvement of economic traits in livestock as well as poultry. In this study, we examined and verified the nickase of mutated CRISPR-associated protein 9 (Cas9) to modulate the specific target gene in chicken DF1 cells. Methods: Chicken myostatin which inhibits muscle cell growth and differentiation during myogenesis was targeted to be deleted and mutated by the Cas9-D10A nickase. After co-transfection of the nickase expression vector with green fluorescent gene (GFP) gene and targeted multiplex guide RNAs (gRNAs), the GFP-positive cells were sorted out by fluorescence-activated cell sorting procedure. Results: Through the genotyping analysis of the knockout cells, the mutant induction efficiency was 100% in the targeted site. Number of the deleted nucleotides ranged from 2 to 39 nucleotide deletion. There was no phenotypic difference between regular cells and knockout cells. However, myostatin protein was not apparently detected in the knockout cells by Western blotting. Additionally, six off-target sites were predicted and analyzed but any non-specific mutation in the off-target sites was not observed. Conclusion: The knockout technical platform with the nickase and multiplex gRNAs can be efficiently and stablely applied to functional genomics study in poultry and finally adapted to generate the knockout poultry for agribio industry.
Kyung Soo Kang;Seung Pyo Shin;In Su Ha;Si Eun Kim;Ki Hyun Kim;Hyeong Ju Ryu;Tae Sub Park
Animal Bioscience
/
v.36
no.6
/
pp.973-979
/
2023
Objective: The clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9) system, which is the most efficient and reliable tool for precisely targeted modification of the genome of living cells, has generated considerable excitement for industrial applications as well as scientific research. In this study, we developed a gene-editing and detection system for chick embryo sexing during the embryonic stage. Methods: By combining the CRISPR/Cas9 technical platform and germ cell-mediated germline transmission, we not only generated Z chromosome-targeted knockin chickens but also developed a detection system for fluorescence-positive male chicks in the embryonic stage. Results: We targeted a green fluorescent protein (GFP) transgene into a specific locus on the Z chromosome of chicken primordial germ cells (PGCs), resulting in the production of ZGFP-knockin chickens. By mating ZGFP-knockin females (ZGFP/W) with wild males (Z/Z) and using a GFP detection system, we could identify chick sex, as the GFP transgene was expressed on the Z chromosome only in male offspring (ZGFP/Z) even before hatching. Conclusion: Our results demonstrate that the CRISPR/Cas9 technical platform with chicken PGCs facilitates the production of specific genome-edited chickens for basic research as well as practical applications.
The CRISPR/Cas9 is a core technology that can result in a paradigm for breeding new varieties. This study describes in detail the sgRNA design, vector construction, and the development of a transgenic plant and its molecular analysis, and demonstrates how gene editing technology through the CRISPR/Cas9 system can be applied easily and accurately. CRISPR/Cas9 facilitates targeted gene editing through RNA-guided DNA cleavage, followed by cellular DNA repair mechanisms that introduce sequence changes at the site of cleavage. It also allows the generation of heritable-targeted gene mutations and corrections. Here, we present detailed procedures involved in the CRISPR/Cas9 system to acquire faster, easier and more cost-efficient gene edited transgenic rice. The protocol described here establishes the strategies and steps for the selection of targets, design of sgRNA, vector construction, and analysis of the transgenic lines. The same principles can be used to customize the versatile CRISPR/Cas9 system, for application to other plant species.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.