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.
Soil is the major source of plant-associated microbes. Several fungal and bacterial species live within plant tissues. Actinomycetes are well known for producing a variety of antibiotics, and they contribute to improving plant health. In our previous report, Streptomyces globisporus SP6C4 colonized plant tissues and was able to move to other tissues from the initially colonized ones. This strain has excellent antifungal and antibacterial activities and provides a suppressive effect upon various plant diseases. Here, we report the genome-wide analysis of antibiotic producing genes in S. globisporus SP6C4. A total of 15 secondary metabolite biosynthetic gene clusters were predicted using antiSMASH. We used the CRISPR/Cas9 mutagenesis system, and each biosynthetic gene was predicted via protein basic local alignment search tool (BLAST) and rapid annotation using subsystems technology (RAST) server. Three gene clusters were shown to exhibit antifungal or antibacterial activity, viz. cluster 16 (lasso peptide), cluster 17 (thiopeptide-lantipeptide), and cluster 20 (lantipeptide). The results of the current study showed that SP6C4 has a variety of antimicrobial activities, and this strain is beneficial in agriculture.
Mitochondrial transplantation is a promising therapeutic approach for the treatment of mitochondrial diseases caused by mutations in mitochondrial DNA, as well as several metabolic and neurological disorders. Animal studies have shown that mitochondrial transplantation can improve cellular energy metabolism, restore mitochondrial function, and prevent cell death. However, challenges need to be addressed, such as the delivery of functional mitochondria to the correct cells in the body, and the long-term stability and function of the transplanted mitochondria. Researchers are exploring new methods for mitochondrial transplantation, including the use of nanoparticles or CRISPR gene editing. Mechanisms underlying the integration and function of transplanted mitochondria are complex and not fully understood, but research has revealed some key factors that play a role. While the safety and efficacy of mitochondrial transplantation have been investigated in animal models and human trials, more research is needed to optimize delivery methods and evaluate long-term safety and efficacy. Clinical trials using mitochondrial transplantation have shown mixed results, highlighting the need for further research in this area. In conclusion, although mitochondrial transplantation holds significant potential for the treatment of various diseases, more work is needed to overcome challenges and evaluate its safety and efficacy in human trials.
Jung-Ae Kim;Hyun-Jun Jang;Dae-Hyuk Kim;Youn Kyoung Son;Yangseon Kim
Journal of Animal Science and Technology
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v.65
no.5
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pp.1105-1109
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2023
Pedi coccus acidilactici CACC 537 was isolated from canine feces and reported to have probiotic properties. We aimed to characterize the potential probiotic properties of this strain by functional genomic analysis. Complete genome sequencing of P. acidilactici CACC 537 was performed using a PacBio RSII and Illumina platform, and contained one circular chromosome (2.0 Mb) with a 42% G + C content. The sequences were annotation revealed 1,897 protein-coding sequences, 15 rRNAs, and 56 tRNAs. It was determined that P. acidilactici CACC 537 genome carries genes known to be involved in the immune system, defense mechanisms, restriction-modification (R-M), and the CRISPR system. CACC 537 was shown to be beneficial in preventing pathogen infection during the fermentation process, help host immunity, and maintain intestinal health. These results provide for a comprehensive understanding of P. acidilactici and the development of industrial probiotic feed additives that can help improve host immunity and intestinal health.
Dong-Hyeok Kwon;Gyeong-Min Gim;Soo-Young Yum;Goo Jang
BMB Reports
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v.57
no.1
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pp.50-59
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2024
The application of gene engineering in livestock is necessary for various reasons, such as increasing productivity and producing disease resistance and biomedicine models. Overall, gene engineering provides benefits to the agricultural and research aspects, and humans. In particular, productivity can be increased by producing livestock with enhanced growth and improved feed conversion efficiency. In addition, the application of the disease resistance models prevents the spread of infectious diseases, which reduces the need for treatment, such as the use of antibiotics; consequently, it promotes the overall health of the herd and reduces unexpected economic losses. The application of biomedicine could be a valuable tool for understanding specific livestock diseases and improving human welfare through the development and testing of new vaccines, research on human physiology, such as human metabolism or immune response, and research and development of xenotransplantation models. Gene engineering technology has been evolving, from random, time-consuming, and laborious methods to specific, time-saving, convenient, and stable methods. This paper reviews the overall trend of genetic engineering technologies development and their application for efficient production of genetically engineered livestock, and provides examples of technologies approved by the United States (US) Food and Drug Administration (FDA) for application in humans.
Organophosphorus (OP) pesticides, particularly malathion, parathion, diazinon, and chlorpyrifos, are widely used in both agricultural and residential contexts. This refractory quality is shared by certain organ phosphorus insecticides, and it may have unintended consequences for certain non-target soil species. Bioremediation cleans organic and inorganic contaminants using microbes and plants. Organophosphate-hydrolyzing enzymes can transform pesticide residues into non-hazardous byproducts and are increasingly being considered viable solutions to the problem of decontamination. When coupled with system analysis, the multi-omics technique produces important data for functional validation and genetic manipulation, both of which may be used to boost the efficiency of bioremediation systems. RNA-guided nucleases and RNA-guided base editors include zinc-finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs), and clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR), which are used to alter genes and edit genomes. The review sheds light on key knowledge gaps and suggests approaches to pesticide cleanup using a variety of microbe-assisted methods. Researches, ecologists, and decision-makers can all benefit from having a better understanding of the usefulness and application of systems biology and gene editing in bioremediation evaluations.
Soyeon Park;Seoyun Son;Mi Ae Park;Dae-Hyuk Kim;Yangseon Kim
Journal of Animal Science and Technology
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v.66
no.3
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pp.630-634
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2024
Latilactobacillus curvatus CACC879 originated from swine feces in Korea, and its probiotic properties have been analyzed. The complete genome of strain CACC879 contained one chromosome 1,398,247 bp in length and three circular plasmids, namely, pCACC879-1 (591,981 bp), pCACC879-2 (14,542 base pairs [bp]), and pCACC879-3 (45,393 bp). The complete genome encodes a total of 2,077 genes, including 25 rRNA genes and 90 tRNA genes. In addition, probiotic stability- genes acid/bile related to salts tolerance, the biosynthesis of cobalamin (vitamin B12), riboflavin (vitamin B2), and CRISPR/Cas9 were found in the whole genomes. Remarkably, L. curvatus CACC879 contained the antioxidant-related (peroxiredoxin) and bacteriocin-related genes (lysM and blpA). Overall, these results demonstrate that L. curvatus CACC879 is a functional probiotic candidate for animal industry applications.
The synergistic activation mediator (SAM) system can robustly activate endogenous gene expression by a single-guide RNA. This transcriptional modulation has been shown to enhance gene promoter activity and leads to epigenetic changes. Human $interferon-{\gamma}$ is a common natural glycoprotein involved in antiviral effects and inhibition of cancer cell growth. Large quantities of high-purity $interferon-{\gamma}$ are important for medical research and clinical therapy. To investigate the possibility of employing the SAM system to enhance endogenous human $interferon-{\gamma}$ with normal function in innate immunity, we designed 10 single-guide RNAs that target 200 bp upstream of the transcription start sites of the $interferon-{\gamma}$ genome, which could significantly activate the $interferon-{\gamma}$ promoter reporter. We confirmed that the system can effectively and highly activate $interferon-{\gamma}$ expression in several humanized cell lines. Moreover, we found that the $interferon-{\gamma}$ induced by the SAM system could inhibit tumorigenesis. Taken together, our results reveal that the SAM system can modulate epigenetic traits of non-immune cells through activating $interferon-{\gamma}$ expression and triggering JAK-STAT signaling pathways. Thus, this strategy could offer a novel approach to inhibit tumorigenesis without using exogenous $interferon-{\gamma}$.
Objective: Owing to the public availability of complete genome sequences, including avian species, massive bioinformatics analyses may be conducted for computational gene prediction and the identification of gene regulatory networks through various informatics tools. However, to evaluate the biofunctional activity of a predicted target gene, in vivo and in vitro functional genomic analyses should be a prerequisite. Methods: Due to a lack of quail genomic sequence information, we first identified the partial genomic structure and sequences of the quail SH3 domain containing ring finger 2 (SH3RF2) gene. Subsequently, SH3RF2 was knocked out using clustered regularly interspaced short palindromic repeat/Cas9 technology and single cell-derived SH3RF2 mutant sublines were established to study the biofunctional activity of SH3RF2 in quail myoblast (QM7) cells during muscle differentiation. Results: Through a T7 endonuclease I assay and genotyping analysis, we established an SH3RF2 knockout (KO) QM7#4 subline with 61 and 155 nucleotide deletion mutations in SH3RF2. After the induction of myotube differentiation, the expression profiles were analyzed and compared between regular QM7 and SH3RF2 KO QM7#4 cells by global RNA sequencing and bioinformatics analysis. Conclusion: We did not detect any statistically significant role of SH3RF2 during myotube differentiation in QM7 myoblast cells. However, additional experiments are necessary to examine the biofunctional activity of SH3RF2 in cell proliferation and muscle growth.
Lee, Sanghoon;Jung, Min Hee;Oh, Hyun Ju;Koo, Ok Jae;Park, Se Chang;Lee, Byeong Chun
Journal of Embryo Transfer
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v.31
no.3
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pp.179-183
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2016
Even though klotho deficiency in mice exhibits multiple aging-like phenotypes, studies using large animal models such as pigs, which have many similarities to humans, have been limited due to the absence of cell lines or animal models. The objective of this study was to generate homozygous klotho knockout porcine cell lines and cloned embryos. A CRISPR sgRNA specific for the klotho gene was designed and sgRNA (targeting exon 3 of klotho) and Cas9 RNPs were transfected into porcine fibroblasts. The transfected fibroblasts were then used for single cell colony formation and 9 single cell-derived colonies were established. In a T7 endonuclease I mutation assay, 5 colonies (#3, #4, #5, #7 and #9) were confirmed as mutated. These 5 colonies were subsequently analyzed by deep sequencing for determination of homozygous mutated colonies and 4 (#3, #4, #5 and #9) from 5 colonies contained homozygous modifications. Somatic cell nuclear transfer was performed to generate homozygous klotho knockout cloned embryos by using one homozygous mutation colony (#9); the cleavage and blastocyst formation rates were 72.0% and 8.3%, respectively. Two cloned embryos derived from a homozygous klotho knockout cell line (#9) were subjected to deep sequencing and they showed the same mutation pattern as the donor cell line. In conclusion, we produced homozygous klotho knockout porcine embryos cloned from genome-edited porcine fibroblasts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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