Name: Breeding by Design per riso funzionale con tecnologie di editing genomico (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-01-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 43 s
Description: Scopri come allevare riso funzionale con tecnologie di editing genomico per ottenere varietà ad alto rendimento e tolleranza allo stress. Questo metodo ottimizza la selezione genica e l'analisi fenotipica.

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<meta charset="utf8"></head><body>Editing efficiente del genoma basato su CRISPR per l'amido resistente nella selezione del riso

<ol><li>Huang, X., Huang, S., Han, B., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+integrated+genomics+of+crop+domestication+and+breeding%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">The integrated genomics of crop domestication and breeding.</a> Cell. 185 (15), 2828-2839 (2022).</li>
<li>Labroo, M. R., Studer, A. J., Rutkoski, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterosis+and+hybrid+crop+breeding%3A+A+multidisciplinary+review%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Genet%22%5BJournal%5D)">Heterosis and hybrid crop breeding: A multidisciplinary review.</a> Front Genet. 12, 643761(2021).</li>
<li>Khalil, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+genome+editing+revolution%3A+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Genet+Eng+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">The genome editing revolution: review.</a> J Genet Eng Biotechnol. 18 (1), 68(2020).</li>
<li>Mojica, F. J., Díez-Villaseñor, C., García-Martínez, J., Soria, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intervening+sequences+of+regularly+spaced+prokaryotic+repeats+derive+from+foreign+genetic+elements%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mol+Evol%22%5BJournal%5D)">Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements.</a> J Mol Evol. 60 (2), 174-182 (2005).</li>
<li>Rath, D., Amlinger, L., Rath, A., Lundgren, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+CRISPR-Cas+immune+system%3A+biology%2C+mechanisms+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biochimie%22%5BJournal%5D)">The CRISPR-Cas immune system: biology, mechanisms and applications.</a> Biochimie. 117, 119-128 (2015).</li>
<li>Belhaj, K., Chaparro-Garcia, A., Kamoun, S., Patron, N. J., Nekrasov, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Editing+plant+genomes+with+CRISPR%2FCas9%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Editing plant genomes with CRISPR/Cas9.</a> Curr Opin Biotechnol. 32, 76-84 (2015).</li>
<li>Koonin, E. V., Makarova, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mobile+Genetic+Elements+and+evolution+of+CRISPR-Cas+systems%3A+All+the+way+there+and+back%5BTitle%5D)+AND+%22Genome+Biol+Evol%22%5BJournal%5D)">Mobile Genetic Elements and evolution of CRISPR-Cas systems: All the way there and back.</a> Genome Biol Evol. 9 (10), 2812-2825 (2017).</li>
<li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+the+functions+of+TaGW2+homoeologs+in+wheat+grain+weight+and+protein+content+traits%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+J%22%5BJournal%5D)">Analysis of the functions of TaGW2 homoeologs in wheat grain weight and protein content traits.</a> Plant J. 94 (5), 857-866 (2018).</li>
<li>Svitashev, S., Schwartz, C., Lenderts, B., Young, J. K., Mark Cigan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genome+editing+in+maize+directed+by+CRISPR-Cas9+ribonucleoprotein+complexes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Comm%22%5BJournal%5D)">Genome editing in maize directed by CRISPR-Cas9 ribonucleoprotein complexes.</a> Nature Comm. 7, 13274(2016).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cas9-guide+RNA+directed+genome+editing+in+Soybean%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physio%22%5BJournal%5D)">Cas9-guide RNA directed genome editing in Soybean.</a> Plant Physio. 169 (2), 960-970 (2015).</li>
<li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reassessment+of+the+four+yield-related+genes+Gn1a%2C+DEP1%2C+GS3%2C+and+IPA1+in+rice+using+a+CRISPR%2FCas9+system%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Reassessment of the four yield-related genes Gn1a, DEP1, GS3, and IPA1 in rice using a CRISPR/Cas9 system.</a> Front Plant Sci. 7, 377(2016).</li>
<li>Karlson, C. K. S., Mohd-Noor, S. N., Nolte, N., Tan, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CRISPR%2FdCas9-based+systems%3A+Mechanisms+and+applications+in+plant+sciences%5BTitle%5D)+AND+%22Plants%22%5BJournal%5D)">CRISPR/dCas9-based systems: Mechanisms and applications in plant sciences.</a> Plants. 10 (10), 2055(2021).</li>
<li>Hua, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perspectives+on+the+application+of+genome-editing+technologies+in+crop+breeding%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Plant%22%5BJournal%5D)">Perspectives on the application of genome-editing technologies in crop breeding.</a> Mol Plant. 12 (8), 1047-1059 (2019).</li>
<li>Tsakirpaloglou, N., Septiningsih, E. M., Thomson, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Guidelines+for+performing+CRISPR%2FCas9+genome+editing+for+gene+validation+and+trait+improvement+in+crops%5BTitle%5D)+AND+%22Plants%22%5BJournal%5D)">Guidelines for performing CRISPR/Cas9 genome editing for gene validation and trait improvement in crops.</a> Plants. 12 (20), 3564(2023).</li>
<li>Jeon, J. S., Ryoo, N., Hahn, T. R., Walia, H., Nakamura, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Starch+biosynthesis+in+cereal+endosperm%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physio+Biochem%22%5BJournal%5D)">Starch biosynthesis in cereal endosperm.</a> Plant Physio Biochem. 48 (6), 383-392 (2010).</li>
<li>Crofts, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amylopectin+biosynthetic+enzymes+from+developing+rice+seed+form+enzymatically+active+protein+complexes%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Bot%22%5BJournal%5D)">Amylopectin biosynthetic enzymes from developing rice seed form enzymatically active protein complexes.</a> J Exp Bot. 66 (15), 4469-4482 (2015).</li>
<li>Butardo, V. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+down-regulation+of+starch+branching+enzyme+IIb+in+rice+by+artificial+microRNA-+and+hairpin+RNA-mediated+RNA+silencing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Bot%22%5BJournal%5D)">Impact of down-regulation of starch branching enzyme IIb in rice by artificial microRNA- and hairpin RNA-mediated RNA silencing.</a> J Exp Bot. 62 (14), 4927-4941 (2011).</li>
<li>Baysal, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inactivation+of+rice+starch+branching+enzyme+IIb+triggers+broad+and+unexpected+changes+in+metabolism+by+transcriptional+reprogramming%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Inactivation of rice starch branching enzyme IIb triggers broad and unexpected changes in metabolism by transcriptional reprogramming.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 117 (42), 26503-26512 (2020).</li>
<li>Keenan, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+resistant+starch+in+improving+gut+health%2C+adiposity%2C+and+insulin+resistance%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Nutr%22%5BJournal%5D)">Role of resistant starch in improving gut health, adiposity, and insulin resistance.</a> Adv Nutr. 6 (2), 198-205 (2015).</li>
<li>Shen, L., Li, J., Li, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resistant+starch+formation+in+rice%3A+Genetic+regulation+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Comm%22%5BJournal%5D)">Resistant starch formation in rice: Genetic regulation and beyond.</a> Plant Comm. 3 (3), 100329(2022).</li>
<li>Duan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+engineered+Cas12i+nuclease+that+is+an+efficient+genome+editing+tool+in+animals+and+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Innovation+%28Camb%29%22%5BJournal%5D)">An engineered Cas12i nuclease that is an efficient genome editing tool in animals and plants.</a> Innovation (Camb). 5 (2), 100564(2024).</li>
<li>Ye, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Primer-BLAST%3A+A+tool+to+design+target-specific+primers+for+polymerase+chain+reaction%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Bioinform%22%5BJournal%5D)">Primer-BLAST: A tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction.</a> BMC Bioinform. 13, 134(2012).</li>
<li>Froger, A., Hall, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transformation+of+plasmid+DNA+into+E.+coli+using+the+heat+shock+method%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method.</a> J Vis Exp. (6), e253(2007).</li>
<li>Ehrt, S., Schnappinger, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation+of+plasmids+from+E.+coli+by+alkaline+lysis%5BTitle%5D)+AND+%22Meth+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Isolation of plasmids from E. coli by alkaline lysis.</a> Meth Mol Biol. 235, 75-78 (2003).</li>
<li>Nishimura, A., Aichi, I., Matsuoka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+protocol+for+Agrobacterium-mediated+transformation+in+rice%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">A protocol for Agrobacterium-mediated transformation in rice.</a> Nat Protoc. 1 (6), 2796-2802 (2006).</li>
<li>Aboul-Maaty, N. A. F., Oraby, H. A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extraction+of+high-quality+genomic+DNA+from+different+plant+orders+applying+a+modified+CTAB-based+method%5BTitle%5D)+AND+%22Bull+Natl+Res+Cent%22%5BJournal%5D)">Extraction of high-quality genomic DNA from different plant orders applying a modified CTAB-based method.</a> Bull Natl Res Cent. 43, 25(2019).</li>
<li>Li, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genes+and+their+molecular+functions+determining+seed+structure%2C+components%2C+and+quality+of+rice%5BTitle%5D)+AND+%22Rice%22%5BJournal%5D)">Genes and their molecular functions determining seed structure, components, and quality of rice.</a> Rice. 15 (1), 18(2022).</li>
<li>Huang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+basis+for+two+metal-ion+catalysis+of+DNA+cleavage+by+Cas12i2%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Structural basis for two metal-ion catalysis of DNA cleavage by Cas12i2.</a> Nat Commun. 11 (1), 5241(2020).</li>
<li>Lv, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genome+editing+in+rice+using+CRISPR%2FCas12i3%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Biotechnol+J%22%5BJournal%5D)">Genome editing in rice using CRISPR/Cas12i3.</a> Plant Biotechnol J. 22 (2), 379-385 (2024).</li>
<li>Čermák, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Multipurpose+toolkit+to+enable+advanced+genome+engineering+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell%22%5BJournal%5D)">A Multipurpose toolkit to enable advanced genome engineering in plants.</a> Plant Cell. 29 (6), 1196-1217 (2017).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>2 x Taq Plus Master Mix II</td><td>Vazyme Biotech Co., Ltd</td><td>P213</td><td>&nbsp; Rilevamento del polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) dei geni</td></tr><tr><td>2,4-diclorofenossiacetico (2,4-D) acido Solutio</td><td>Fito Tecnologia</td><td>D309</td><td></td></tr><tr><td>AAM medio</td><td>Shandong Tuopu Biol-engineering Co., Ltd</td><td>M9051C</td><td></td></tr><tr><td>BsaI-HF</td><td>New england biolabs</td><td>R3535</td><td>Bsa I digestione enzimatica del vettore di editing</td></tr><tr><td>Antibiotici carbenicillina</td><td>Applygen</td><td>APC8250-5</td><td>Selezione&nbsp; mezzo, mezzo di rigenerazione</td></tr><tr><td>Casaminoacid</td><td>BBI-Life Sciences Corporation</td><td>A603060-0500</td><td>Terreno di induzione del callo, terreno di co-coltivazione, terreno di selezione, mezzo di rigenerazione</td></tr><tr><td>DH5&alpha; Cella chimicamente competente</td><td>Weidi Biotechnology Co., Ltd.</td><td>DL1001</td><td>E. coli cellule competenti</td></tr><tr><td>D-sorbitolo</td><td>BBI-Life Sciences Corporation</td><td>A610491-0500</td><td></td></tr><tr><td>EDTA, sale disodico, diamante diidrato</td><td></td><td>A100105-0500</td><td>tampone CTAB</td></tr><tr><td>EHA105 Cellula chimicamente competente</td><td>Weidi Biotechnology Co., Ltd.</td><td>AC1010</td><td>Agrobacterium cellule competenti</td></tr><tr><td>FastPure Plasmid Mini Kit</td><td>Vazyme Biotech Co., Ltd</td><td>REC01-100</td><td>Antibiotici</td></tr><tr><td>igromicina</td> isolati con plasmidi <td>Yeasen</td><td>60224ES</td><td>terreno di co-coltivazione, terreno di selezione, terreno di rigenerazione e terreno radicale</td></tr><tr><td>Antibiotici Kanamicina</td><td>Yeasen</td><td>60206ES10</td><td>Selezione agrobacterium</td></tr><tr><td>KOH</td><td>Macklin</td><td>P766798</td><td>CTAB tampone</td></tr><tr><td>L-Glutammina</td><td>Fito Tecnologia</td><td>G229</td><td>Mezzo di induzione del callo, mezzo di co-coltivazione, mezzo di selezione, mezzo di rigenerazione</td></tr><tr><td>L-Prolina</td><td>Phyto Technology</td><td>P698</td><td>Mezzo di induzione del callo, mezzo di co-coltivazione, mezzo di selezione, mezzo di rigenerazione</td></tr><tr><td>Semi di riso secco Mautre (Xiushui134) -</td><td></td><td></td> <td>Varietà Japonica per allevamento RS</td></tr><tr><td>riso Mulino riso mechine</td><td>MARUMASU</td><td>MHR1500A</td><td>Per produrre riso bianco</td></tr><tr><td>Murashige Skoog</td><td>Phyto Technology</td><td>M519</td><td>Radice media, rigenerazione media</td></tr><tr><td>Myo-inositolo</td><td>Phyto Technology</td><td>I703</td><td>Rigenerazione media</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Macklin</td><td>S805275</td><td>Per&nbsp; YEP media</td></tr><tr><td>NB Basal Medium</td><td>Phyto Technology</td><td>N492</td><td>Terreno di induzione del callo, terreno di co-coltivazione, terreno di selezione, mezzo di rigenerazione</td></tr><tr><td>Peptone&nbsp;</td><td>Solarbio</td><td>LA8800</td><td>per YEP media</td></tr><tr><td>Phytogel</td><td>Shanghai yuanye Bio-Technology Co., Ltd</td><td>S24793</td><td></td></tr><tr><td>Pot&nbsp;</td><td>Midea group Co.</td><td>MB-5E86</td><td>Per la cottura del riso</td></tr><tr><td>Frigorifero</td><td>Haier</td><td>BCD-170</td><td>Conservazione del</td></tr><tr><td>medio Kit di analisi dell'amido resistente</td><td>Megazyme</td><td>K-RSTAR</td><td>Amido resistente alla misurazione e all'analisi</td></tr><tr><td>Antibiotici rifampicina Sigma</td><td></td><td>R3501-250MG</td><td>Selezione agrobatterio</td></tr><tr><td>Soluzione di ipoclorito di sodio</td><td>Macklin</td><td>S817439</td><td>Per la sterilizzazione dei semi</td></tr><tr><td>Saccarosio</td><td>Shanghai yuanye Bio-Technology Co., Ltd</td><td>B21647</td><td>Mezzo di induzione del callo, mezzo di co-coltivazione, mezzo di selezione, mezzo di rigenerazione</td></tr><tr><td>T4 DNA Ligasi</td><td>New England Biolabs</td><td>M0202</td><td>Unire sgRNA al vettore CEISPRY / Cas-SF01</td></tr><tr><td>Il monitor del glucosio</td><td>Attrezzature mediche e Supply Co., Ltd</td><td>Xuetang 582</td><td>Rilevamento della glicemia</td></tr><tr><td>Tris-HCL</td><td>Macklin</td><td>T766494</td><td>tampone CTAB</td></tr><tr><td>Lievito Agar</td><td>Solarbio</td><td>LA1370</td><td>Per&nbsp; YEP media</td></tr><tr><td>YEP media</td><td>-</td><td>-</td><td>Coltivazione di Agrobacterium</td></tr></tbody></table>

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Nel presente studio, l'intera procedura di selezione del riso funzionale è stata dimostrata mediante l'editing del genoma per ottenere varietà di riso da amido stabili e resistenti. Abbiamo integrato l'sgRNA mirato a SBEIIb in CRISPR/Cas-SF01 (Figura supplementare 1), infiltrato il riso utilizzando la trasformazione di Agrobacterium e ottenuto piante di generazione E0 dopo le fasi di screening e radicazione. Le piante con perdita di funzione genica sono state sottoposte a screening e il...

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