Bu çalışma, CRISPR-Cas9 genom düzenleme teknolojisinin nakavt endojen gen OsABCG15'e ve ardından pirinçte istikrarlı bir erkek steril çizgi üretmek için modifiye edilmiş Agrobacteriumaracılı dönüşüm protokolüne kullanımını açıklamaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu çalışma, CRISPR-Cas9 genom düzenleme teknolojisinin nakavt endojen gen OsABCG15'e ve ardından pirinçte istikrarlı bir erkek steril çizgi üretmek için modifiye edilmiş Agrobacteriumaracılı dönüşüm protokolüne kullanımını açıklamaktadır.
Erkek kısırlığı genellikle erkek üreme organları / gametfonksiyonel kusurları ile karakterize melez tohum üretimi için önemli bir tarımsal özelliktir. CRISPR-Cas9 genom düzenleme teknolojisindeki son gelişmeler, belirli bölgelerde ki endojen aday genlerin yüksek düzenleme etkinliği ve zaman kazandıran nakavt mutasyonlarına olanak sağlar. Ayrıca, Pirinç Agrobacteriumaracılı genetik dönüşüm de yaygın birçok kamu ve özel laboratuvarlar tarafından kabul edilmiştir gen modifikasyonu için önemli bir yöntemdir. Bu çalışmada CRISPR-Cas9 genom düzenleme araçlarını uyguladık ve OsABCG15'in japonica çeşitlerinde hedeflenen genom düzenlemesi ile üç erkek steril mutant hattını başarıyla oluşturduk. Biz pirinç hibrid tohum üretimi için genetik emasculation mükemmel bir araç sağlayabilir değiştirilmiş Bir Agrobacteriumaracılı pirinç dönüşüm yöntemi kullanılır. Transgenik bitkiler 2-3 ay içinde elde edilebilir ve homozigot transformantlar PCR amplifikasyon ve Sanger dizilimi kullanılarak genotipleme ile tarandı. Erkek steril homozigot çizginin temel henotik karakterizasyonu pirinç erkek üreme organlarının mikroskobik gözlemi, polen canlılık analizi iyot potasyum iyodür (I2-KI) ile yapıldı.
Pirinç, özellikle gelişmekte olan ülkelerde en önemli gıda mahsulüdür ve dünya nüfusunun yarısından fazlası için bir temel gıda temsil eder. Genel olarak, pirinç tanesi için talep büyüyor ve 2030 yılına kadar% 50 ve 205011,2%100 artırmak için tahmin edilmektedir. Pirinç veriminde gelecekteki iyileştirmeler, pirinci monocotyledonous bitki araştırmaları için mükemmel bir model haline getiren çeşitli moleküler ve genetik kaynaklardan yararlanmak zorunda kalacaktır. Bunlar arasında etkin bir dönüşüm sistemi, gelişmiş moleküler harita ve uzun yıllar boyunca oluşturulmuş olan ifade edilmiş sıra etiketleri3,,4'üngenel olarak erişilebilir veritabanı bulunmaktadır. Bir strateji ürün verimi artırmak için hibrid tohum üretimi5, hangi erkek doğurganlık işlemek için yeteneği olan merkezi bir unsurdur. Tahıl bitkileri erkek doğurganlık moleküler kontrol anlamak hibrid tohum üretimini artırmak ve bitki verimliliğini artırmak için pratik teknikler içine anahtar bilgi çevirmek için yardımcı olabilir6,7.
Genetik dönüşüm, yabancı genlerin tanıtılmasına veya ekin bitkilerinde endojen genlerin manipülasyonuna olanak sağladığı ve genetiği değiştirilmiş çizgilerin üretilmesiyle sonuçlandığından temel araştırma ve ticari tarım için önemli bir araçtır. Uygun bir dönüşüm protokolü gen regülasyonu nun temel anlaşılması için genetik ve moleküler biyoloji çalışmalarının hızlandırılmasına yardımcı olabilir8. Bakterilerde genetik dönüşüm doğal olarak gerçekleşir; ancak, bitkilerde, yapay moleküler biyoloji teknikleri kullanılarak yapılır9,10. Agrobacterium tumefaciens t-DNA aktararak bitkilerde taç safra hastalığına neden olan bir toprak kaynaklı, Gram-negatif bakteri, onun Ti plazmid bir bölge, bir tip IV salgı sistemi ile bitki hücresine11,12. Bitkilerde, A. tumefaciens-aracılı dönüşüm gen modifikasyonu için yaygın bir yöntem olarak kabul edilir çünkü konak genom13içine T-DNA kararlı ve düşük kopya sayısı entegrasyonu yol açar. Transgenik pirinç ilk olarak 1990'ların ortalarında japonica çeşitleri14'te Agrobacteriumaracılı gen dönüşümü ile üretildi. Bu protokol kullanılarak 4 aylık bir süre içinde %10-30 oranında dönüşüm verimi ile çeşitli transgenik hatlar elde edilmiştir. Çalışma, başarılı dönüşüm için iki kritik adım olduğunu göstermiştir: biri olgun tohumlardan embriyojenik nasır indüksiyonu ve diğeri de bitkilerde daha yüksek dönüşüm verimliliği sağlayan birlikte ekimi sırasında bakteri kültürüne fenolik bir bileşik olan asetozipon eklenmesidir14,15. Bu protokol yaygın japonica16,17,,18,19 yanı sıra indica20,21,,22,,23 ve tropikal japonica24,25gibi diğer çeşitleri küçük değişiklikler ile kullanılmıştır. Nitekim, pirinç dönüşümünü açıklayan makalelerin% 80'den fazla bir araç olarak Agrobacteriumaracılı gen dönüşümü13kullanın. Bugüne kadar, birkaç genetik dönüşüm protokolleri nasır indüksiyon16,17,,18,19için bir başlangıç malzemesi olarak pirinç tohumu kullanılarak geliştirilmiştir. Ancak, çok az nasır üretimi için eksplandan olarak genç çiçeklenme hakkında bilinmektedir. Genel olarak, fonksiyonel genomik ve mahsul geliştirme çalışmaları için hızlı, tekrarlanabilir ve verimli bir gen dönüşümü ve rejenerasyon protokolü oluşturmak önemlidir.
Son yıllarda, CRISPR-Cas9 teknolojisinin ilerlemesi gen fonksiyonunu anlamak ve bitki ıslahı için tarımsal olarak önemli iyileştirmeler sunmak için hassas bir genom düzenleme mekanizması sonuçlandı26,27. CRISPR aynı zamanda erkek üreme gelişimi ve hibrid üretimin manipülasyon için önemli bir umut vaat ediyor. Bu çalışmada CRISPR-Cas9 teknolojisini kullanarak bir gen nakavt sistemi kullandık ve verimli bir pirinç geni dönüşüm protokolüile birleştirerek genç çiçeklenmeleri eksektif olarak kullandık ve böylece üreme gelişimi için istikrarlı erkek steril çizgileri oluşturduk.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. sgRNA-CAS9 bitki ekspresyonu vektör konstrüksiyonu ve Agrobacterium-aracılıdönüşüm
2. Pirinç genetik dönüşümü ve bitki doku kültürü
3. Genotip tanımlama
4. Mutantın temel fenotipini gözlemleyin
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada gösterilmiştir pirinç Agrobacteriumtarafından gelecekteki araştırmalar için bir erkek steril çizgi oluşturmak için gen düzenleme teknolojisinin kullanımıdır-pirinç genetik dönüşüm aracılı. İkili vektör konstrüksiyonu için CRISPR-CAS9 aracılı mutagenez osabg15erkek steril hattını oluşturmak için kullanılmıştır. SgRNA OsU3 organizatörü tarafından tahrik edildi, hSpCas9 ifade kaseti çift 35S organizatörü tarafından tahrik edildi ise, ve orta vektör agrobacteriumiçin tasarlanmış tek bir ikil...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yapay gen erkek steril mutantlar geleneksel rasgele fiziksel, kimyasal veya biyolojik mutagenez tarafından oluşturulur. Bu güçlü teknikler olmasına rağmen, onların rasgele doğa moleküler ıslah ıslahı32özel iyileştirmeler sunmak için potansiyele sahip modern genomik bilginin büyük miktarda yararlanmak için başarısız olur. CRISPR-Cas9 sistemi,DNA'yımanipüle etmek ve düzenlemek için basit ve uygun fiyatlı araçları sayesinde bitkilerde yaygın olarak kullanılmaktadır 29,
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar genç pirinç çiçeklenme ve pirinç dokusu kültürü orta yapımında yardım sağlamak için Xiaofei Chen kabul etmek istiyorum. Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (31900611) tarafından desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 1-Naftalinasetik asit | Sigma-Aldrich | N0640 | |
| 2, 4-Diklorofenoksiasetik Asit | Sigma-Aldrich | D7299 | |
| 6-Benzilaminopurin (6-BA) | Sigma-Aldrich | B3408 | |
| Asetosiringon | Sigma-Aldrich | D134406 | |
| Agar | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10000561 | |
| Amonyum sülfat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10002918 | |
| Aneurin hidroklorür | Sigma-Aldrich | T4625 | |
| Susuz etanol | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10009218 | |
| Bakteriyolojik pepton | Sangon Biyoteknoloji | A100636 | |
| Sığır özü | Sangon Biyoteknoloji | A600114 | |
| Borik asit | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10004808 | |
| Kalsiyum klorür dihidrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 20011160 | |
| Kazein asit hidrolizatı | Pekin XMJ Scientific Co., Ltd | C184 | |
| Kobalt (II) klorür hekzahidrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10007216 | |
| Bakır (II) sülfat pentahidrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10008218 | |
| D (+) - Glikoz susuz | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 63005518 | |
| D-sorbitol | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 63011037 | |
| EDTA, Disodyum tuzu, Dihidrat | Sigma-Aldrich | E5134 | |
| EOS Dijital SLR ve Kompakt Sistem Fotoğraf Makineleri | Canon | EOS 700D | |
| Formaldehit | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10010018 | |
| Tam Otomatik Döner Mikrotom | Leica Biosystems | Leica RM 2265 | |
| Buzlu asetik asit | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10000208 | |
| Glisin | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 62011516 | |
| Higromisin | Pekin XMJ Scientific Co., Ltd | H370 | |
| İnositol | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 63007738 | |
| İyot | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10011517 | |
| Demir (II) sülfat heptahidrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10012116 | |
| Kanamisin | Pekin XMJ Scientific Co., Ltd | K378 | |
| Kinetin | Sigma-Aldrich | K0753 | |
| L-Arginin | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 62004034 | |
| L-Aspartik asit | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 62004736 | |
| L-Glutamin | Pekin XMJ Scientific Co., Ltd | G229 | |
| L-prolin | Pekin XMJ Scientific Co., Ltd | P698 | |
| Magnezyum sülfat heptahidrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10013018 | |
| Manganez sülfat monohidrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10013418 | |
| Mikroskoplar | NIKON | Eclipse 80i | |
| MS | Phytotech | M519 | |
| Nikotinik asit | Sigma-Aldrich | N0765 | |
| Phytagel | Sigma-Aldrich | P8169 | |
| Potasyum klorür | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10016308 | |
| Potasyum dihidrojen fosfat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10017608 | |
| Potasyum iyodür | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10017160 | |
| Potasyum nitrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 1001721933 | |
| Piridoksin Hidroklorür (B6) | Sigma-Aldrich | 47862 | |
| Rifampisin | Pekin XMJ Scientific Co., Ltd | R501 | |
| Sodyum hidroksit | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co., Ltd | 10019718 | |
| Sodyum molibdat dihidrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co., Ltd | 10019816 | |
| Stereo mikroskoplar | Leica Microsystems | Leica M205 A | |
| Sükroz | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10021418 | |
| Technovit gömme Kitleri 7100 | Heraeus Teknovi, Almanya | 14653 | |
| Timentin | Pekin XMJ Scientific Co., Ltd | T869 | |
| Toluidin Mavi | O Sigma-Aldrich | T3260 | |
| Parafin bölümleri için su banyosu | Leica Biosystems | Leica HI1210 | |
| Maya özü | Sangon Biotech | A515245 | |
| Çinko sülfat heptahidrat | Sinopharm Kimyasal Reaktif Co, Ltd | 10024018 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.