• Animal Bioscience
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• 제36권6호
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• pp.973-979
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• 2023

Objective: The clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 (Cas9) system, which is the most efficient and reliable tool for precisely targeted modification of the genome of living cells, has generated considerable excitement for industrial applications as well as scientific research. In this study, we developed a gene-editing and detection system for chick embryo sexing during the embryonic stage. Methods: By combining the CRISPR/Cas9 technical platform and germ cell-mediated germline transmission, we not only generated Z chromosome-targeted knockin chickens but also developed a detection system for fluorescence-positive male chicks in the embryonic stage. Results: We targeted a green fluorescent protein (GFP) transgene into a specific locus on the Z chromosome of chicken primordial germ cells (PGCs), resulting in the production of Z^GFP-knockin chickens. By mating Z^GFP-knockin females (Z^GFP/W) with wild males (Z/Z) and using a GFP detection system, we could identify chick sex, as the GFP transgene was expressed on the Z chromosome only in male offspring (Z^GFP/Z) even before hatching. Conclusion: Our results demonstrate that the CRISPR/Cas9 technical platform with chicken PGCs facilitates the production of specific genome-edited chickens for basic research as well as practical applications.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.285-285
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• 2022

Recent unpredictable climate change is a major cause of rice yield loss. In particular, methane is a key factor in global warming. Therefore rice breeders are trying to breed the reducing-methane gas emission rice using the crossbreeding method. However, the traditional crossbreeding method takes 8 to 10 years to breed a cultivar, and the anther culture method developed to shorten the breeding cycle also takes 6 to 7 years. On the other hand, CRISPR/Cas9 accurately edits the target trait and can rapidly breed rice cultivars by editing the target trait as a homozygous in 2-3 years. In addition, exogenous genetic elements such as Cas9 can be isolated from the G₁ generation. Therefore, the flowering time was regulated by applying CRISPR/Cas9 technology, and OsCKq1 genome-editing (OsCKq1-G) rice with early flowered and high yield was bred in the field. Genome-editing of OsCKq1 applied CRISPR/Cas9 technology up-regulates the expression of the flowering promotion gene Ehd1 under long-day conditions induces early flowering and increases the yield by increasing the 1,000-grain weight. And as the generations advanced, each agricultural trait indicated a low coefficient of variation. As a result, indicated that OsCKq1 plays an important role in regulating the flowering time and is related to the trait determining yield. Therefore, OsCKq1-G can suggest a breeding strategy for the Net-Zero national policy for reducing-methane gas emission rice by shortening the breeding cycle with the early flowered, and high-yield rice. CRISPR/Cas9 technology is a rapid and accurate breeding technology for breeding rice cultivars with important characteristics.

• 대한의생명과학회지
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• 제25권4호
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• pp.372-380
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• 2019

Mice with specific modified genes are useful means of studying development and disease. The CRISPR/Cas9 system is a very powerful and effective tool for generating genetically modified mice in a simple and fast manner. To generate human IgG light kappa constant knock-in mice, we tested by microinjection of a mixture of Cas9 protein, single-guide RNA and target homologous recombinant donor DNA into zygotes. We found that the injection of 10 ng/μL of Cas9 protein and crRNA/tracrRNA, rather than single guide RNA, induced the production of knock-in mice more effectively. Thus, our study provides valuable information that will help to improve the production of knock-in mice and contribute the successful generation of humanized Ab-producing mice in Korea.

• 대한치매학회지
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• 제17권4호
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• pp.131-136
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• 2018

Alzheimer's disease (AD) related genes have been elucidated by advanced genetic techniques. Familial autosomal dominant AD genes founded by linkage analyses are APP, PSEN1, PSEN2, ABCA7, and SORL1. Genome-wide association studies have found risk genes such as ABCA7, BIN1, CASS4, CD33, CD2AP, CELF1, CLU, CR1, DSG2, EPHA1, FERMT2, HLA-DRB5-HLA-DRB1, INPP5D, MEF2C, MS4A6A/MS4A4E, NME8, PICALM, PTK2B, SLC24A4, SORL1, and ZCWPW1. ABCA7, SORL1, TREM2, and APOE are proved to have high odds ratio (>2) in risk of AD using next generation sequencing studies. Thanks to the promising genetic techniques such as CRISPR-CAS9 and single-cell RNA sequencing opened a new era in genetics. CRISPR-CAS9 can directly link genetic knowledge to future treatment. Single-cell RNA sequencing are providing useful information on cell biology and pathogenesis of diverse diseases.

• 산업기술연구
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• 제42권1호
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• pp.29-36
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• 2022

The CRISPR system has revolutionized gene editing field. Cas9-mediated gene editing such as Indel induction or HDR enable targeted gene disruption or precise correction of mutation. Moreover, CRISPR-based new editing tools have been developed such as base editors. In this review, we focus on gene editing in human pluripotent stem cells, which is principal technique for gene correction therapy and disease modeling. Pluripotent stem cell-specific drug YM155 enabled selection of target gene-edited pluripotent stem cells. Also, we discussed base editing for treatment of congenital retina disease. Adenine base editor delivery as RNP form provide an approach for genetic disease treatment with safe and precise in vivo gene correction.

• Animal Bioscience
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• 제36권2_spc호
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• pp.333-338
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• 2023

Genetic modification enables modification of target genes or genome structure in livestock and experimental animals. These technologies have not only advanced bioscience but also improved agricultural productivity. To introduce a foreign transgene, the piggyBac transposon element/transposase system could be used for production of transgenic animals and specific target protein-expressing animal cells. In addition, the clustered regularly interspaced short palindromic repeat-CRISPR associated protein 9 (CRISPR-Cas9) system have been utilized to generate chickens with knockout of G0/G1 switch gene 2 (G0S2) and myostatin, which are related to lipid deposition and muscle growth, respectively. These experimental chickens could be the invaluable genetic resources to investigate the regulatory pathways and mechanisms of improvement of economic traits such as fat quantity and growth. The gene-edited animals could also be applicable to the livestock industry.

• 한국환경과학회지
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• 제32권3호
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• pp.173-179
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• 2023

Rats are one of the most widely used animals in biomedical sciences because their metabolism and physiology are comparable to humans. In recent years, gene-targeted models have been developed using various animal species utilizing engineered nucleases such as clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated gene (Cas). It has recently become possible to efficiently transfect CRISPR/Cas into embryos via electroporation. However, electroporation can damage fertilized eggs; therefore, it is important to determine the optimal embryo culture conditions. A standardized approach for routine and reproducible rat transgenesis will render rat models more accessible for research. We performed experiments to obtain rat embryos with efficient superovulation and synchronization, and to investigate the appropriate medium conditions for pronuclear stage embryos subjected to electroporation stimulation for the introduction of engineered nuclease.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제45권3호
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• pp.155-170
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• 2018

본 논문은 현재까지 개발된 유전자편집 기술들의 작용기작 및 장 단점 등을 비교하고 이들 기술로 개발된 유전자편집(site-directed mutagenesis, SDN)작물들의 안전성 평가를 위한 분류 기준 등을 살펴보았다. 또한 2016년부터 2018년 5월 현재까지 발표된 유전자편집 식물 개발과 관련된 논문들을 조사하여 ZFN, TALENS, CRISPR기술별 발표 논문 추세를 조사한 결과 CRISPR기술을 적용한 연구건수가 절대적으로 많았다. 또한 애기장대와 벼를 대상으로 수행한 연구건수가 가장 많았으며, 담배와 토마토, 밀, 옥수수 등이 그 뒤를 이었다. 하지만 발표건수는 아직 1~2건에 해당하지만 대상 식물들은 주곡작물을 포함하여 화훼, 채소, 과수 등으로 다양하게 그 응용 범위가 확대되고 있는 것으로 조사되었다. 특히 실용화 또는 향후 상업화를 목표로 한 연구건수도 해마다 증가하는 추세에 있으며 그 응용 범위도 유용단백질 또는 물질의 대량생산을 위한 대사공학 연구와 바이러스, 세균, 곰팡이 등에 대한 병저항성 작물의 개발, 가뭄 등의 무생물적 환경스트레스 저항성 작물, 수량이 증대된 작물 등의 개발에 집중되었다. 이 외에도 단위결실 토마토, 웅성불임성 이용 hybrid벼, 탈립 저항성 증진 등으로 응용 범위가 점점 다양화되어 가고 있음을 알 수 있었다. 또한 미국 농무성의 동 식물 검역소에서 허가를 득한 CRISPR유전자편집 작물의 건수도 해마다 증가하여 조만간 이들이 국제 종자시장에 출시될 것으로 전망된다.

• 한국환경생태학회지
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• 제35권5호
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• pp.503-524
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• 2021

배스(Micropterus salmoides)는 수생태계에서 최상위단계에 위치하는 생태계교란 어종으로 심각한 담수생태계의 불균형을 초래하고 있다. 배스의 퇴치 및 관리를 위한 다양한 시도를 하고 있지만 효과적인 방안은 없는 상황이므로 배스의 고유한 특성에 기반한 개체군 감소의 효율성을 극대화할 수 있는 방식을 모색하였다. 본 연구에서는 배스의 Transcriptom 분석으로 Unigene contigs는 182,887개, 그리고 정자-난자 인식 단백질인 IZUMO1과 Zona pellucida sperm-binding protein의 유전자에서 CRISPR/Cas9 system을 적용할 최종 Target sequence는 12종을 산출하였다. 각 Target sequence를 인식할 수 있는 12종의 sgRNA를 합성한 후 후속 연구에 사용할 12종의 Cas9-sgRNA ribonucleoprotein (RNP) complex를 제작하였다. 본 연구에서는 차세대염기서열 분석법으로 정자-난자 인식 단백질을 암호화하는 유전자를 탐색하였고, CRISPR/Cas9 system으로 유전자를 편집하여 번식행동은 하지만 수정란을 형성하지 못하는 생식세포를 생산하는 불임개체를 유도하기 위한 조성물 개발 과정을 확립하였다. 그리고 배스와 동일한 수계에 있는 고유 생물종의 서식에는 영향을 미치지 않는 생태교란종 관리 방안으로서의 유용성을 검증하기 위한 후속 연구의 귀중한 기초 자료를 확보하는데 기여했다고 판단된다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제48권1호
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• pp.34-43
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• 2021

CRISPR/Cas9에 의한 유전자 교정 기술은 유용 형질을 갖는 작물 및 임목의 육성에 있어 널리 사용되고 있는 핵심 기술이다. 유전자 교정 임목 육성에는 아그로박테리움에 의한 형질전환 방법이 높은 효율로 시행된 연구가 많았고 따라서 형질전환에 사용된 플라스미드 서열이 식물 유전체 안에 존재한다는 문제가 남아 있었다. 본 연구에서는 CRISPR/Cas9을 사용하여 유전자 교정 임목을 육성하는 데 기존에 알려진 벡터 도입 기술이 아닌, 단일 가닥 가이드 RNA (sgRNA)와 Cas9 단백질을 혼합하여 만든 리보핵산단백질을 현사시나무 원형질체에 도입하는 방법을 기술하였다. 염 스트레스 내성 관련 인자 PagSAP1 유전자를 표적으로 하는 3종류의 sgRNA를 디자인하고, 각 sgRNA와 Cas9 단백질을 혼합하여 만든 리보핵산단백질을 원형질체에 도입하였다. 표적화 딥시퀀싱을 통해 리보핵산단백질 형성 시 sgRNA와 Cas9 단백질을 혼합하고 일정 시간 배양하여 안정화되는 시간이 필요한 것을 확인하였다. 또한 sgRNA3의 리보핵산단백질이 sgRNA1, sgRNA2의 리보핵산단백질보다 높은 교정 효율을 보이는 것을 확인하였다. 본 실험을 통해 리보핵산단백질을 이용한 유전자 교정 기술이 임목에도 적용될 수 있음이 확인되었고, 이는 외래 유전자 없이 유전자 교정 임목을 육성하는 데 활용할 수 있을 것으로 사료된다.