mTREX2 共表达促进 CRISPR/Cas12a 对高度多倍体甘蔗基因组编辑中的大片段缺失

《Plant Cell Reports》：mTREX2 co-expression promotes large deletions in CRISPR/Cas12a editing of the highly polyploid sugarcane genome

摘要

核心信息

LbCas12aⁱ-mTREX2系统增强了大片段缺失，而LbCas12aⁱ-RRV能够高效编辑甘蔗中的lw1基因。

摘要

甘蔗（Saccharum spp. 杂交种）是生物燃料生产的主要原料，也是全球食糖的主要来源；然而，其高度多倍体且复杂的基因组制约了功能基因组学和精确育种策略的有效应用。尽管已有报道在甘蔗中应用CRISPR/Cas9进行基因组编辑，但Cas12a-based编辑仍未被探索，尽管其具有靶向富含AT碱基的基因组区域的独特优势。本研究报道了利用CRISPR/Cas12a对甘蔗lw1基因进行高效的靶向诱变。柠檬白1（lemon white1，lw1）是叶绿素和类胡萝卜素合成的关键调控因子，靶向lw1基因诱变可产生可见表型。我们比较了含内含子的LbCas12a-R（LbCas12aⁱ-R）和LbCas12a-RRV（LbCas12aⁱ-RRV）变体的编辑性能，并评估了Mus musculus 3'修复外切酶2（mTREX2）共表达对编辑效率和缺失图谱的影响。编辑效率范围为31%至85%，其中LbCas12aⁱ-RRV在总编辑效率和等位基因编辑效率方面均持续优于LbCas12aⁱ-R。mTREX2的共表达使突变谱向更大片段缺失偏移，中等至大片段缺失的频率显著增加。在两种变体中，≥51 bp的缺失类别均增加了约7倍。基于毛细管电泳的基因分型提供了一种具有成本效益且高通量的下一代测序（NGS）替代方案，并能准确预测等位基因编辑效率和插入缺失的大小。这是首次在甘蔗中报道CRISPR/Cas12a介导的基因组编辑，为未来在甘蔗多倍体基因组中对富含AT的顺式调控元件进行工程化改造提供了框架。

核心信息

LbCas12aⁱ-mTREX2系统增强了大片段缺失，而LbCas12aⁱ-RRV能够高效编辑甘蔗中的lw1基因。

摘要

甘蔗（Saccharum spp. 杂交种）是生物燃料生产的主要原料，也是全球食糖的主要来源；然而，其高度多倍体且复杂的基因组制约了功能基因组学和精确育种策略的有效应用。尽管已有报道在甘蔗中应用CRISPR/Cas9进行基因组编辑，但Cas12a-based编辑仍未被探索，尽管其具有靶向富含AT碱基的基因组区域的独特优势。本研究报道了利用CRISPR/Cas12a对甘蔗lw1基因进行高效的靶向诱变。柠檬白1（lemon white1，lw1）是叶绿素和类胡萝卜素合成的关键调控因子，靶向lw1基因引变可产生可见表型。我们比较了含内含子的LbCas12a-R（LbCas12aⁱ-R）和LbCas12a-RRV（LbCas12aⁱ-RRV）变体的编辑性能，并评估了Mus musculus 3'修复外切酶2（mTREX2）共表达对编辑效率和缺失图谱的影响。编辑效率范围为31%至85%，其中LbCas12aⁱ-RRV在总编辑效率和等位基因编辑效率方面均持续优于LbCas12aⁱ-R。mTREX2的共表达使突变谱向更大片段缺失偏移，中等至大片段缺失的频率显著增加。在两种变体中，≥51 bp的缺失类别均增加了约7倍。基于毛细管电泳的基因分型提供了一种具有成本效益且高通量的下一代测序（NGS）替代方案，并能准确预测等位基因编辑效率和插入缺失的大小。这是首次在甘蔗中报道CRISPR/Cas12a介导的基因组编辑，为未来在甘蔗多倍体基因组中对富含AT的顺式调控元件进行工程化改造提供了框架。