The CRISPR/Cas9 is a core technology that can result in a paradigm for breeding new varieties. This study describes in detail the sgRNA design, vector construction, and the development of a transgenic plant and its molecular analysis, and demonstrates how gene editing technology through the CRISPR/Cas9 system can be applied easily and accurately. CRISPR/Cas9 facilitates targeted gene editing through RNA-guided DNA cleavage, followed by cellular DNA repair mechanisms that introduce sequence changes at the site of cleavage. It also allows the generation of heritable-targeted gene mutations and corrections. Here, we present detailed procedures involved in the CRISPR/Cas9 system to acquire faster, easier and more cost-efficient gene edited transgenic rice. The protocol described here establishes the strategies and steps for the selection of targets, design of sgRNA, vector construction, and analysis of the transgenic lines. The same principles can be used to customize the versatile CRISPR/Cas9 system, for application to other plant species.
Objective: Specific genomic sites can be recognized and permanently modified by genome editing. The discovery of endonucleases has advanced genome editing in pigs, attenuating xenograft rejection and cross-species disease transmission. However, off-target mutagenesis caused by these nucleases is a major barrier to putative clinical applications. Furthermore, off-target mutagenesis by genome editing has not yet been addressed in pigs. Methods: Here, we generated genetically inheritable α-1,3-galactosyltransferase (GGTA1) knockout Yucatan miniature pigs by combining transcription activator-like effector nuclease (TALEN) and nuclear transfer. For precise estimation of genomic mutations induced by TALEN in GGTA1 knockout pigs, we obtained the whole-genome sequence of the donor cells for use as an internal control genome. Results: In-depth whole-genome sequencing analysis demonstrated that TALEN-mediated GGTA1 knockout pigs had a comparable mutation rate to homologous recombination-treated pigs and wild-type strain controls. RNA sequencing analysis associated with genomic mutations revealed that TALEN-induced off-target mutations had no discernable effect on RNA transcript abundance. Conclusion: Therefore, TALEN appears to be a precise and safe tool for generating genomeedited pigs, and the TALEN-mediated GGTA1 knockout Yucatan miniature pigs produced in this study can serve as a safe and effective organ and tissue resource for clinical applications.
Kim, Kee Young;Yu, Jeong Hee;Kim, Su-Bae;Kim, Seong-Wan;Kim, Seong-Ryul;Choi, Kwang-Ho;Kim, Jong Gil;Park, Jong Woo
Journal of Life Science
/
v.29
no.5
/
pp.537-544
/
2019
Genome editing technology employing gene scissors has generated interest in molecular breeding in various fields, and the development of the third-generation gene scissors of the clustered, regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) system has accelerated the field of molecular breeding through genome editing. In this study, we analyzed the possibility of silkworm molecular breeding using gene scissors by genomic and phenotypic analysis after editing the biogenesis of lysosome-related organelles (BmBLOS) gene of Bakokjam using the CRISPR/Cas9 system. Three types of guide RNAs (gRNA) were synthesized based on the BmBLOS gene sequence of Bakokjam. Complexes of the prepared gRNA and Cas9 protein were formed and introduced into Bombyx mori BM-N cells by electroporation. Analysis of the gene editing efficiency by T7 endonuclease I analysis revealed that the B4N gRNA showed the best efficiency. The silkworm genome was edited by microinjecting the Cas9/B4N gRNA complex into silkworm early embryos and raising the silkworms after hatching. The hatching rate was as low as 18%, but the incidence of mutation was over 40%. In addition, phenotypic changes were observed in about 70% of the G0 generation silkworms. Sequence analysis showed that the BmBLOS gene appeared to be a heterozygote carrying the wild-type and mutation in most individuals, and the genotype of the BmBLOS gene was also different in all individuals. These results suggest that although the possibility of silkworm molecular breeding using the CRISPR/Cas9 system would be very high, continued research on breeding and screening methods will be necessary to improve gene editing efficiency and to obtain homozygotes.
CRISPR/Cpf1 has emerged as a new CRISPR-based genome editing tool because, in comparison with CRIPSR/Cas9, it has a different T-rich PAM sequence to expand the target DNA sequence. Single-base editing in the microbial genome can be facilitated by oligonucleotide-directed mutagenesis (ODM) followed by negative selection with the CRISPR/Cpf1 system. However, single point mutations aided by Cpf1 negative selection have been rarely reported in Corynebacterium glutamicum. This study aimed to introduce an amber stop codon in crtEb encoding lycopene hydratase, through ODM and Cpf1-mediated negative selection; deficiency of this enzyme causes pink coloration due to lycopene accumulation in C. glutamicum. Consequently, on using double-, triple-, and quadruple-base-mutagenic oligonucleotides, 91.5-95.3% pink cells were obtained among the total live C. glutamicum cells. However, among the negatively selected live cells, 0.6% pink cells were obtained using single-base-mutagenic oligonucleotides, indicating that very few single-base mutations were introduced, possibly owing to mismatch tolerance. This led to the consideration of various target-mismatched crRNAs to prevent the death of single-base-edited cells. Consequently, we obtained 99.7% pink colonies after CRISPR/Cpf1-mediated negative selection using an appropriate single-mismatched crRNA. Furthermore, Sanger sequencing revealed that single-base mutations were successfully edited in the 99.7% of pink cells, while only two of nine among 0.6% of pink cells were correctly edited. The results indicate that the target-mismatched Cpf1 negative selection can assist in efficient and accurate single-base genome editing methods in C. glutamicum.
Park, Dong-Seok;Yoon, Mijung;Kweon, Jiyeon;Jang, An-Hee;Kim, Yongsub;Choi, Sun-Cheol
Molecules and Cells
/
v.40
no.11
/
pp.823-827
/
2017
Genome editing using programmable nucleases such as CRISPR/Cas9 or Cpf1 has emerged as powerful tools for gene knock-out or knock-in in various organisms. While most genetic diseases are caused by point mutations, these genome-editing approaches are inefficient in inducing single-nucleotide substitutions. Recently, Cas9-linked cytidine deaminases, named base editors (BEs), have been shown to convert cytidine to uridine efficiently, leading to targeted single-base pair substitutions in human cells and organisms. Here, we first report on the generation of Xenopus laevis mutants with targeted single-base pair substitutions using this RNA-guided programmable deaminase. Injection of base editor 3 (BE3) ribonucleoprotein targeting the tyrosinase (tyr) gene in early embryos can induce site-specific base conversions with the rates of up to 20.5%, resulting in oculocutaneous albinism phenotypes without off-target mutations. We further test this base-editing system by targeting the tp53 gene with the result that the expected single-base pair substitutions are observed at the target site. Collectively, these data establish that the programmable deaminases are efficient tools for creating targeted point mutations for human disease modeling in Xenopus.
Kim, Euyeon;Yang, So Hee;Park, Hyosun;Koo, Yeonjong
Korean Journal of Environmental Agriculture
/
v.40
no.3
/
pp.186-193
/
2021
BACKGROUND: Before generating transgenic plant using the CRISPR-Cas9 system, the efficiency test of sgRNAs is recommended to reduce the time and effort for plant transformation and regeneration process. The efficiency of the sgRNA can be measured through the transient expression of sgRNA and Cas9 gene in tomato cotyledon; however, we found that the calculated efficiency showed a large variation. It is necessary to increase the precision of the experiment to obtain reliable sgRNA efficiency data from transient expression. METHODS AND RESULTS: The cotyledon of 11th, 15th, 19th, and 23rd-day-old tomato (Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom) were used for expressing CRISPR-Cas9 transiently. The agrobacterium harboring sgRNA for targeting ALS2 gene of tomato was injected through the stomata of leaf adaxial side and the genomic DNA was extracted in 5 days after injection. The target gene edition was identified by amplifying DNA fragment of target region and analyzing with Illumina sequencing method. The target gene editing efficiency was calculated by counting base deletion and insertion events from total target sequence read. CONCLUSION: The CRISPR-Cas9 editing efficiency varied with tomato cotyledon age. The highest efficiency was observed at the 19-day-old cotyledons. Both the median and mean were the highest at this stage and the sample variability was also minimized. We found that the transgene of CRISPR-Cas9 system was strongly correlated with plant leaf development and suggested the optimum cotyledon leaf age for Agrobacterium-mediated transfection in tomato.
Lindera angustifolia is mainly distributed in the temperate climate zone of China but shows an extraordinary distribution, disjunctively isolated on the western coastal islands of Korea. We therefore present the complete chloroplast genome of Korean L. angustifolia. The complete plastome was 152,836 bp in length, with an overall GC content of 39.2%. A large single copy (93,726 bp) and a small single copy (18,946 bp) of the genome were separated by a pair of inverted repeats (20,082 bp). The genome consists of 125 genes, including 81 protein-coding, eight ribosomal RNA, and 36 transfer RNA genes. While five RNA editing genes (psbL, rpl2, ndhB×2, and ndhD) were identified in L. angustifolia from China, the "ndhD" gene was not recognized as an RNA editing site in the corresponding Korean individual. A phylogenetic analysis revealed that Korean L. angustifolia is most closely related to the Chinese L. angustifolia with strong bootstrap support, forming a sister group of L. glauca.
Song, Jae-Young;Nino, Marjohn;Nogoy, Franz Marielle;Jung, Yu-Jin;Kang, Kwon-Kyoo;Cho, Yong-Gu
Journal of Plant Biotechnology
/
v.44
no.2
/
pp.107-114
/
2017
Implementation of crop improvement programs relies on genetic diversity. To overcome the limited occurrence of natural mutations, researchers and breeders applied diverse methods, ranging from conventional crossing to classical bio-technologies. Earlier generations of knockout and gain-of-function technologies often result in incomplete gene disruption or random insertions of transgenes into plant genomes. The newly developed editing tool, CRISPR/Cas9 system, not only provides a powerful platform to efficiently modify target traits, but also broadens the scope and prospects of genome editing. Customized Cas9/guide RNA (gRNA) systems suitable for efficient genomic modification of mammalian cells or plants have been reported. Following successful demonstration of this technology in mammalian cells, CRISPR/Cas9 was successfully adapted in plants, and accumulating evidence of its feasibility has been reported in model plants and major crops. Recently, a modified version of CRISPR/Cas9 with added novel functions has been developed that enables programmable direct irreversible conversion of a target DNA base. In this review, we summarized the milestone applications of CRISPR/Cas9 in plants with a focus on major crops. We also present the implications of an improved version of this technology in the current plant breeding programs.
Posttranscriptional regulation of RNA metabolism, including RNA processing, intron splicing, editing, RNA export, and decay, is increasingly regarded as an essential step for fine-tuning the regulation of gene expression in eukaryotes. RNA-binding proteins (RBPs) are central regulatory factors controlling posttranscriptional RNA metabolism during plant growth, development, and stress responses. Although functional roles of diverse RBPs in living organisms have been determined during the last decades, our understanding of the functional roles of RBPs in plants is lagging far behind our understanding of those in other organisms, including animals, bacteria, and viruses. However, recent functional analysis of multiple RBP family members involved in plant RNA metabolism and elucidation of the mechanistic roles of RBPs shed light on the cellular roles of diverse RBPs in growth, development, and stress responses of plants. In this review, we will discuss recent studies demonstrating the emerging roles of multiple RBP family members that play essential roles in RNA metabolism during plant growth, development, and stress responses.
We have investigated the genetic variation in the human apo B mRNA editing protein (apobec-1) gene. Exon 3 of the apobec-1 gene was amplified by polymerase chain reaction. After detection of an additional band by single strand conformational polymorphism (SSCP) analysis, sequencing of the SSCP-shift sample revealed a single-base mutation. The mutation was a CGG transversion at codon 80 resulting in a lleRMet substitution. This substitution was confirmed by restriction fragment length polymorphism analysis since a Pvull site is abolished by the substitution. Population and family studies confirmed that the inheritance of the genotypes for apobec-1 gene polymorphism is controlled by two codominant alleles (P1 and P2). A significant difference in plasma triglyceride was detected among the different apobec-1 genotypes in the CAD patients (P<0.05). Our study could provide the basis for elucidating the interaction between genetic variation of the apobec-1 gene and disorders related to lipid metabolism.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.