Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
* Эти авторы внесли равный вклад
Эта работа описывает использование технологии редактирования генома CRISPR-Cas9 для нокаутирования эндогенного гена OsABCG15 с последующим модифицированным протоколом трансформации Agrobacterium-опосредованногодля производства стабильной мужской стерильной линии в рисе.
Мужская стерильность является важной агрономической чертой для производства гибридных семян, которая обычно характеризуется функциональными дефектами в мужских репродуктивных органах/геймерах. Последние достижения в области технологии редактирования генома CRISPR-Cas9 позволяют обеспечить высокую эффективность редактирования и временем для мутаций эндогенных генов-кандидатов на конкретных участках. Кроме того, Agrobacterium-опосредованная генетическая трансформация риса также является ключевым методом модификации генов, который был широко принят многими государственными и частными лабораториями. В этом исследовании мы применили инструменты редактирования генома CRISPR-Cas9 и успешно создали три мужские стерильные линии мутантов путем целевого редактирования генома OsABCG15 в japonica cultivar. Мы использовали модифицированный метод преобразования риса при посредничестве Agrobacterium,который мог бы обеспечить отличные средства генетической выхолощения для производства гибридных семян риса. Трансгенные растения могут быть получены в течение 2-3 месяцев и гомозиготные трансформанты были проверены генотипированием с использованием усиления ПЦР и секвенирования Sanger. Базовая фенотипическая характеристика мужской стерильной гомозиготной линии была выполнена микроскопическим наблюдением за рисовыми мужскими репродуктивными органами, анализом жизнеспособности пыльцы йодным йодом калия (I2-KI),окрашивая полутонкое поперечное сечение развивающихся пыль.
Рис является наиболее важной продовольственной культурой, особенно в развивающихся странах, и представляет собой основной продукт питания для более чем половины населения мира. В целом спрос на рисовое зерно растет и, по прогнозируется, увеличится на 50% к 2030 году и на 100% к 2050году 1,,2. Будущие улучшения урожайности риса должны будут извлечь выгоду из различных молекулярных и генетических ресурсов, которые делают рис отличной моделью для монокотайледонных исследований растений. К ним относятся эффективная система трансформации, передовая молекулярная карта и общедоступная база данных тегов выраженной последовательности, которые были созданыв течение многих лет 3,4. Одной из стратегий повышения урожайности является гибридноепроизводство семян 5,центральным элементом которого является способность манипулировать мужской плодовитости. Понимание молекулярного контроля мужской плодовитости зерновых культур может помочь перевести ключевые знания в практические методы для улучшения производства гибридных семян и повышенияурожайности 6,,7.
Генетическая трансформация является ключевым инструментом для фундаментальных исследований и коммерческого сельского хозяйства, поскольку она позволяет внедрение иностранных генов или манипуляции эндогенных генов в растениеводствах, и приводит к генерации генетически модифицированных линий. Соответствующий протокол преобразования может помочь ускорить генетические и молекулярные исследования биологии для фундаментального понимания регуляциигенов 8. У бактерий генетическая трансформация происходит естественным путем; однако, в растениях, это выполняется искусственно с использованием методов молекулярнойбиологии 9,10. Agrobacterium tumefaciens является почвенной, грам-негативной бактерией, которая вызывает заболевания коронного желчного пузыря у растений, передавая T-DNA, область его плазмида Ti, в клетку растений через систему секреции типа IV11,12. В растениях, A. tumefaciens-опосредованное преобразование считается широко распространенным методом для модификации генов, поскольку это приводит к стабильной и низкой интеграции числа копий Т-ДНКв геном хозяина 13. Трансгенный рис был впервые создан через Agrobacterium-опосредованноепреобразование гена в середине 1990-х годов в japonica cultivar14. С помощью этого протокола в течение 4 месяцев было получено несколько трансгенных линий с эффективностью трансформации от 10%до 30%. Исследование показало, что есть два критических шага для успешной трансформации: один является индукция эмбрионального каллуса из зрелых семян, а другой является добавление ацетосиренгона, фенольное соединение, к бактериальной культуре во время совместного выращивания, что позволяет более высокую эффективность преобразованияв растениях 14,15. Этот протокол был широко использован с незначительными изменениями в japonica16,17,18,19, а также другие сорта, такие как indica20,21,22,23 и тропические japonica24,,25. Действительно, более 80% статей, описывающих преобразование риса использовать Agrobacterium-опосредованноепреобразование генов в качестве инструмента13. На сегодняшний день разработано несколько протоколов генетической трансформации с использованием семян риса в качестве исходного материаладля индукции каллуса 16,,17,,18,,19. Тем не менее, очень мало известно о молодых соцветий, как explants для производства каллуса. В целом, важно создать быстрый, воспроизводимый и эффективный протокол преобразования генов и регенерации для функциональной геномики и исследований по улучшению урожая.
В последние годы развитие технологии CRISPR-Cas9 привело к точному механизму редактирования генома, чтобы понять функцию генов и доставить агрономически важные улучшениядля разведения растений 26,27. CRISPR также предлагает значительные перспективы для манипулирования мужским репродуктивным развитием и гибридным производством. В этом исследовании мы использовали систему генного нокаута с использованием технологии CRISPR-Cas9 и соединили ее с эффективным протоколом преобразования генов риса, используя молодые соцветия в качестве эксплантов, создавая тем самым стабильные мужские стерильные линии для изучения репродуктивного развития.
1. sgRNA-CAS9 конструкция вектора выражения завода и Agrobacterium-опосредованнаятрансформация
2. Генетическая трансформация риса и культура тканей растений
3. Идентификация генотипа
4. Наблюдайте за основным фенотипом мутанта
Здесь демонстрируется использование технологии редактирования генов для создания мужской стерильной линии для будущих исследований Agrobacterium-опосредованной генетической трансформации риса. Для создания мужской стерильной линии osabcg15, CRISPR-CAS9-опосредованного мутагенеза был и?...
Искусственные генные мужские стерильные мутанты традиционно генерируются случайным физическим, химическим или биологическим мутагенезом. Хотя это мощные методы, их случайный характер не может извлечь выгоду из огромного количества современных геномных знаний, которые имеют потенци...
Ни один.
Авторы хотели бы отметить Xiaofei Чэнь для предоставления молодых соцветий риса и помощь в создании рисовой ткани культуры среды. Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (31900611).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-Naphthaleneacetic acid | Sigma-Aldrich | N0640 | |
2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid | Sigma-Aldrich | D7299 | |
6-Benzylaminopurine (6-BA) | Sigma-Aldrich | B3408 | |
Acetosyringone | Sigma-Aldrich | D134406 | |
Agar | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10000561 | |
Ammonium sulfate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10002918 | |
Aneurine hydrochloride | Sigma-Aldrich | T4625 | |
Anhydrous ethanol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10009218 | |
Bacteriological peptone | Sangon Biotech | A100636 | |
Beef extract | Sangon Biotech | A600114 | |
Boric acid | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10004808 | |
Calcium chloride dihydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 20011160 | |
Casein acid hydrolysate | Beijing XMJ Scientific Co., Ltd | C184 | |
Cobalt(Ⅱ) chloride hexahydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10007216 | |
Copper(Ⅱ) sulfate pentahydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10008218 | |
D(+)-Glucose anhydrous | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 63005518 | |
D-sorbitol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 63011037 | |
EDTA, Disodium Salt, Dihydrate | Sigma-Aldrich | E5134 | |
EOS Digital SLR and Compact System Cameras | Canon | EOS 700D | |
Formaldehyde | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10010018 | |
Fully Automated Rotary Microtome | Leica Biosystems | Leica RM 2265 | |
Glacial acetic acid | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10000208 | |
Glycine | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 62011516 | |
Hygromycin | Beijing XMJ Scientific Co., Ltd | H370 | |
Inositol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 63007738 | |
Iodine | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10011517 | |
Iron(Ⅱ) sulfate heptahydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10012116 | |
Kanamycine | Beijing XMJ Scientific Co., Ltd | K378 | |
Kinetin | Sigma-Aldrich | K0753 | |
L-Arginine | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 62004034 | |
L-Aspartic acid | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 62004736 | |
L-Glutamine | Beijing XMJ Scientific Co., Ltd | G229 | |
L-proline | Beijing XMJ Scientific Co., Ltd | P698 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10013018 | |
Manganese sulfate monohydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10013418 | |
Microscopes | NIKON | Eclipse 80i | |
MS | Phytotech | M519 | |
Nicotinic acid | Sigma-Aldrich | N0765 | |
Phytagel | Sigma-Aldrich | P8169 | |
Potassium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10016308 | |
Potassium dihydrogen phosphate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10017608 | |
Potassium iodide | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10017160 | |
Potassium nitrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 1001721933 | |
Pyridoxine Hydrochloride (B6) | Sigma-Aldrich | 47862 | |
Rifampicin | Beijing XMJ Scientific Co., Ltd | R501 | |
Sodium hydroxide | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10019718 | |
Sodium molybdate dihydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10019816 | |
Stereo microscopes | Leica Microsystems | Leica M205 A | |
Sucrose | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10021418 | |
Technovit embedding Kits 7100 | Heraeus Teknovi, Germany | 14653 | |
Timentin | Beijing XMJ Scientific Co., Ltd | T869 | |
Toluidine Blue O | Sigma-Aldrich | T3260 | |
Water bath for paraffin sections | Leica Biosystems | Leica HI1210 | |
Yeast extract | Sangon Biotech | A515245 | |
Zinc sulfate heptahydrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10024018 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены