KR20210039306A - Gene editing method using transgenic plants expressing CRISPR/Cas9 and gRNA, respectively - Google Patents

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KR20210039306A
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박상렬
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Abstract

The present invention relates to a method for editing a gene of a plant difficult to transform using a CRISPR/Cas9 expression plant and a gRNA expression plant, and the target gene editing method of the plant of the present invention can edit the target gene in the plant in which transformation is difficult or does not occur, thereby being able to be usefully sued for the development of novel plant materials.

Description

CRISPR/Cas9과 gRNA 개별 발현 형질전환 식물체를 이용한 유전자 편집 방법{Gene editing method using transgenic plants expressing CRISPR/Cas9 and gRNA, respectively}Gene editing method using transgenic plants expressing CRISPR/Cas9 and gRNA, respectively}

본 발명은 CRISPR/Cas9과 gRNA가 개별 발현되는 형질전환 식물체 간 교배를 통해 식물체의 유전자를 편집하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of editing a gene of a plant through crossing between transgenic plants in which CRISPR/Cas9 and gRNA are individually expressed.

유전체 편집(Genome Editing)이란 생명체의 유전정보를 자유롭게 편집하는 기술이다.Genome Editing is a technology that freely edits the genetic information of living organisms.

유전체 편집 기술은 인간을 포함하여 동물, 식물, 미생물의 유전정보를 변화시켜 그 활용범위를 획기적으로 확장시킬 수 있다. 유전자 가위는 원하는 유전정보를 정확히 자를 수 있도록 설계되어 만들어지는 분자 도구로 유전체 편집 기술에서 핵심역할을 하고 있다. 유전자 서열분석 분야를 한 차원 발전시켰던 차세대 시퀀싱(Next generation sequencing) 기술과 같이, 유전자 가위는 유전정보 활용의 속도와 그 범위를 확장시키고 새로운 산업분야를 창출해 내는 핵심 기술이 되고 있다.Genome editing technology can change the genetic information of animals, plants, and microorganisms, including humans, to dramatically expand the scope of its use. Genetic scissors are molecular tools designed and made to accurately cut desired genetic information and play a key role in genome editing technology. Like the next generation sequencing technology that took the field of gene sequencing to the next level, gene scissors are becoming a key technology that expands the speed and range of using genetic information and creates new industrial fields.

지금까지 개발된 유전자 가위는 그 순서에 따라 3세대로 나눌 수 있다. 1세대 유전자 가위는 ZFN(Zinc Finger Nuclease), 2세대 유전자 가위는 TALEN(Transcription Activator-Like Effector Nuclease), 가장 최근에 연구된 CRISPR(크리스퍼, Clustered regularly interspaced short palindromic repeat)-Cas(CRISPR associated protein) 9는 3세대 유전자 가위이다.The genetic scissors developed so far can be divided into three generations according to their order. The first generation of gene scissors is ZFN (Zinc Finger Nuclease), the second generation of scissors is TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease), the most recently studied CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeat)-Cas (CRISPR associated protein). ) 9 is the third generation gene scissors.

CRISPRs(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)는 유전자 서열이 밝혀진 박테리아의 대략 40% 및 유전자 서열이 밝혀진 고세균의 90%의 유전체에서 발견되는 여러 짧은 직접 반복을 포함하는 좌위이다.CRISPRs (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) are loci containing several short direct repeats found in the genome of approximately 40% of gene sequenced bacteria and 90% of gene sequenced archaea.

CRISPR-Cas9은 RNA와 단백질 복합체이며 유전자의 특정 부위를 절단해 유전체 편집을 가능하게 하는 리복핵산(RNA) 기반 인공 제한효소이며, 최근 들어 유전공학의 재료로 크게 각광받고 있다. Cas9 단백질을 이용하여 유전자를 편집하는 기술은 크게 두 가지 방향으로 개발되어 왔다.CRISPR-Cas9 is an RNA and protein complex, and it is an artificial restriction enzyme based on Reebok Nucleic Acid (RNA) that enables genome editing by cutting specific regions of a gene, and has recently been in the spotlight as a material for genetic engineering. The technology for editing genes using the Cas9 protein has been developed in two directions.

첫번째는 RNA와 단백질의 복합체인 리보핵산 단백질(ribonucleoprotein, RNP)을 원형질체에 직접 주입하여 유전체를 편집하는 기술로, 식물의 조직에서 분리한 원형질체에 RNP를 주입 후 원형질체를 캘러스(callus) 형태로 배양하고, 재분화 과정을 통해 적당한 크기의 캘러스로부터 유전자 편집이 된 식물체를 다량 확보한다. The first is a technology that edits the genome by directly injecting ribonucleoprotein (RNP), a complex of RNA and protein, into a protoplast. After injecting RNP into a protoplast isolated from a plant tissue, the protoplast is cultured in a callus form. And, through the re-differentiation process, a large amount of gene-edited plants are secured from callus of an appropriate size.

그러나 원형질체에 Cas9-리보핵산 단백질(RNP)를 주입하여 목표하는 유전체를 편집하는 기존의 기술에는 원형질체로부터 완전체를 재분화해야 하는데, 이 부분에서 기술적인 어려움이 많다. 옥수수, 콩 등의 작물에서 원형질체 유래 재분화체의 형성에 어려움이 많아 이 문제를 해결하지 않으면 작물에서 Cas9 유전체 편집기술의 확장성이 없다.However, in the existing technology of editing a target genome by injecting Cas9-ribonucleic acid protein (RNP) into a protoplast, it is necessary to re-differentiate the whole body from the protoplast, and there are many technical difficulties in this part. In crops such as corn and soybeans, it is difficult to form protoplast-derived redifferentiated bodies, and if this problem is not solved, the Cas9 genome editing technology in crops is not scalable.

또한, 캘러스 배양에서 일어나는 체세포영양계 변이로 인해 편집하려는 유전자 이외의 오프 타겟(off target)에서도 변이가 일어나 유전체에 원하지 않는 문제를 야기할 수 있다.In addition, mutations in the somatic nutrient system occurring in callus culture may cause mutations in off targets other than the gene to be edited, causing unwanted problems in the genome.

두번째는 Cas9 단백질과 가이드 RNA(gRNA)를 코딩하는 유전자를 동시에 포함하는 재조합 운반체(plasmid DNA)를 제작한 후 이를 아그로박테리움(Agrobacterium)을 이용해 식물체에 전달하거나 원형질체에 도입한 후 재분화체를 제작하여 유전체를 편집하는 기술이다. Second, a recombinant carrier (plasmid DNA) containing the gene encoding Cas9 protein and guide RNA (gRNA) at the same time is produced, and then transferred to a plant using Agrobacterium or introduced into a protoplast to produce a re-differentiated body. It is a technology that edits the genome.

그러나 이 기술의 문제점으로는 Cas9 단백질과 가이드 RNA(gRNA)를 코딩하는 유전자 둘 다를 삽입한 재조합 운반체(plasmid DNA)의 경우, 운반체의 크기 때문에 기능이 다른 여러 종류의 Cas9 단백질 유전자의 삽입이 제한되거나 삽입 가능한 가이드 RNA(gRNA)를 코딩하는 유전자 수(현재까지 최대 8개 gDNA 구조 삽입 가능)에 제한되며, 편집하고자 하는 목표유전자가 다양한 경우, 특히 유전자 편집 라이브러리(library) 구축 시, 목표 유전자별로 형질전환을 수행해야 한다. However, in the case of a recombinant carrier (plasmid DNA) in which both the Cas9 protein and the gene encoding the guide RNA (gRNA) are inserted, the insertion of several types of Cas9 protein genes with different functions is restricted due to the size of the carrier. Limited to the number of genes encoding the insertable guide RNA (gRNA) (up to 8 gDNA structures can be inserted so far), and if the target genes to be edited are diverse, especially when constructing a gene editing library, traits for each target gene You have to do the conversion.

또한, 아그로박테리움 기반 형질전환은 모든 식물체 종이나 동일 종 내에서 기술 적용이 가능하지 않다. 예로 옥수수 형질전환의 경우 Hi-II 계열 품종만 아그로박테리움 기반 형질전환이 가능한 것으로 알려져 있다.In addition, Agrobacterium-based transformation is not applicable to all plant species or within the same species. For example, in the case of corn transformation, it is known that only Hi-II family varieties can be transformed based on Agrobacterium.

따라서 아그로박테리움 기반 형질전환이 어려운 식물체에서 목표 유전자를 편집할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a technology capable of editing target genes in plants that are difficult to transform based on Agrobacterium.

대한민국 공개특허 제10-2018-0117785호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0117785

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 아그로박테리움 기반 형질전환이 어려운 식물체에서 목표 유전자를 편집할 수 있도록 Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현 식물체를 교배하여 후대를 제조하는 단계를 포함하는 식물체의 목표 유전자 편집방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved of the present invention is a method for editing a target gene of a plant comprising the step of crossing a Cas9-expressing plant and a gRNA-expressing plant to produce a progeny so that a target gene can be edited in a plant that is difficult to transform based on Agrobacterium. To provide.

본 발명의 다른 과제는 상기 편집 방법에 의해 목표 유전자가 편집된 식물체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a plant in which a target gene has been edited by the above editing method.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 하나의 양태로 Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현 식물체를 교배하여 후대를 제조하는 단계를 포함하는, 식물체의 목표 유전자 편집방법을 제공한다.In order to solve the above problems, as an aspect of the present invention, a method for editing a target gene of a plant is provided, comprising the step of crossing a Cas9-expressing plant and a gRNA-expressing plant to produce a progeny.

본 발명의 "유전자 편집 방법"은 Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현 식물체를 교배하여 후대를 제조하는 단계를 포함한다. The "gene editing method" of the present invention includes the step of crossing a Cas9-expressing plant and a gRNA-expressing plant to produce a progeny.

종래에는 식물체에서 목표 유전자를 편집하기 위해 Cas9과 gRNA를 동시에 포함하는 형질전환벡터를 제작하고 아그라박테리움으로 형질전환하는 방법을 이용하였으나, 편집하고자 하는 목표 유전자가 다양한 경우, 목표 유전자별로 형질전환을 수행해야 하는 문제가 있었다. 또한, 아그로박테리움 기반 형질전환 기술이 적용 가능하지 않는 식물 품종에서의 유전자 편집이 어려운 문제가 있었다.Conventionally, in order to edit a target gene in a plant, a transformation vector including Cas9 and gRNA was created and transformed with Agrabacterium. However, when the target gene to be edited is diverse, transformation is performed for each target gene. There was a problem that had to be done. In addition, there is a problem that gene editing in plant varieties to which Agrobacterium-based transformation technology is not applicable is difficult.

본 발명에서 Cas9 발현 식물체는 Cas9 유전자 또는 단백질이 발현되는 식물체이다. 구체적으로 형질전환이 어려운 식물품종과 교배 가능한 같은 과(family) 에 속하는 품종의 식물체에 Cas9 발현 벡터를 형질전환하여 제조된 것이다.In the present invention, the Cas9-expressing plant is a plant in which the Cas9 gene or protein is expressed. Specifically, it is produced by transforming a Cas9 expression vector into a plant of a cultivar belonging to the same family that can be crossed with a plant variety that is difficult to transform.

상기 형질전환이 어려운 식물품종과 교배 가능한 같은 과(family)에 속하는 품종의 식물체는 형질전환시 한 개 이상의 형질전환 개체를 얻을 수 있으며, 구체적으로 형질전환 효율이 3% 초과, 더욱 구체적으로 10% 초과일 수 있다.Plants of varieties belonging to the same family capable of crossing with the plant varieties that are difficult to transform can obtain one or more transformed individuals, specifically, the transformation efficiency exceeds 3%, more specifically 10% May be excess.

상기 Cas9 발현 벡터는 Cas9 단백질을 암호화하는 염기서열을 포함하는 벡터이다. The Cas9 expression vector is a vector including a nucleotide sequence encoding a Cas9 protein.

본 발명의 "Cas9 단백질"은 CRISPR/Cas9시스템의 주요 단백질 구성 요소로, 활성화된 엔도뉴클레아제 또는 nickase를 형성할 수 있는 단백질이다. 상기 Cas9 단백질은 원핵 세포, 및/또는 인간 세포를 비롯한 동식물 세포(예컨대, 진핵 세포)의 유전체에서 특정 염기서열을 인식해 이중나선절단(double strand break, DSB)을 일으킬 수 있다. 상기 이중나선절단은 DNA의 이중 나선을 잘라, 둔단 (blunt end) 또는 점착종단(cohesive end)을 생성시킬 수 있다. DSB는 세포 내에서 상동재조합(homologous recombination) 또는 비상동재접합(non-homologous end-joining, NHEJ) 기작에 의해 효율적으로 수선될 수 있는데, 이 과정에 목적하는 변이를 표적 위치에 도입할 수 있다.The "Cas9 protein" of the present invention is a major protein component of the CRISPR/Cas9 system, and is a protein capable of forming an activated endonuclease or nickase. The Cas9 protein can cause double strand break (DSB) by recognizing a specific nucleotide sequence in the genome of prokaryotic cells and/or animal and plant cells (eg, eukaryotic cells) including human cells. The double helix cleavage may cut a double helix of DNA to create a blunt end or a cohesive end. DSB can be efficiently repaired in cells by homologous recombination or non-homologous end-joining (NHEJ) mechanisms, and a desired mutation can be introduced into the target site during this process.

본 발명에서 Cas9 단백질은 목표 유전자의 특정 서열(protospacer associated motif, PAM)을 인식하고 뉴클레오티드 절단 활성을 가져 목표 유전자에서 인델(insertion and/or deletion, Indel)을 야기할 수 있는 모든 Cas9들 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. In the present invention, the Cas9 protein recognizes a specific sequence (protospacer associated motif, PAM) of the target gene and has a nucleotide cleavage activity, and is selected from among all Cas9s capable of causing insertion and/or deletion (Indel) in the target gene. It can be more than a species.

구체적으로 상기 Cas9 단백질은, 스트렙토코커스(Streptococcus) 속, 구체적으로, 스트렙토코커스 써모필러스(Streptococcus thermophiles), 스트렙토코커스 아우레우스(Streptocuccus aureus) 또는 스트렙토코커스 피요게네스(Streptococcus pyogenes) 유래의 Cas9 단백질; 캄필로박터(Campylobacter) 속, 구체적으로, 캄필로박터 제주니(Campylobacter jejuni) 유래의 Cas9 단백질; 네이세리아(Neisseria) 속, 구체적으로 네이세리아 메닝기디티스(Neisseria meningitidis) 유래의 Cas9 단백질; 파스테우렐라(Pasteurella) 속, 구체적으로, 파스테우렐라 물토시다 (Pasteurella multocida) 유래의 Cas9 단백질; 프란시셀라(Francisella) 속, 구체적으로, 프란시셀라 노비시다(Francisella novicida) 유래의 Cas9 단백질으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the Cas9 protein is a Cas9 protein derived from the genus Streptococcus , specifically, Streptococcus thermophiles , Streptocuccus aureus , or Streptococcus pyogenes. ; Campylobacter genus, specifically, Campylobacter jejuni Cas9 protein derived from; Ney ceria (Neisseria), A specifically Ney ceria mening gidi tooth (Neisseria meningitidis) derived Cas9 protein; Paz Chateau Pasteurella (Pasteurella), A specifically, fasteners Chateau Pasteurella water Toshio the (Pasteurella multocida) derived Cas9 protein; Fran when cellar (Francisella) in, in particular, when Francisco Cellar Novi Let (Francisella novicida), but may be one or more selected from the group consisting of Cas9 protein derived from, without being limited thereto.

상기 Cas9 단백질 또는 유전자 정보는 NCBI(National Center for Biotechnology Information)의 GenBank와 같은 공지의 데이터 베이스에서 얻을 수 있다. The Cas9 protein or gene information can be obtained from a known database such as GenBank of the National Center for Biotechnology Information (NCBI).

본 발명의 실시예에서 서열번호1의 염기서열을 가지는 Cas9 유전자를 이용하여 Cas9 발현 벡터를 제조하였으며, Cas9 유전자에 의해 발현되는 단백질은 서열번호2의 아미노산 서열을 가진다. In an embodiment of the present invention, a Cas9 expression vector was prepared using the Cas9 gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the protein expressed by the Cas9 gene has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

따라서 본 발명의 Cas9 발현 벡터는 서열번호1의 염기서열 또는 서열번호2의 아미노산 서열을 암호화하는 염기서열을 포함할 수 있다.Therefore, the Cas9 expression vector of the present invention may include a nucleotide sequence encoding the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

상기 Cas9 단백질은 유전체 DNA의 표적 부위로 안내하기 위한 목표 유전자 특이적 가이드 RNA와 함께 사용된다. 상기 Cas9 단백질은 가이드 RNA와 복합체를 형성하여 리보핵산 단백질(RNP) 형태로 작용할 수 있다. The Cas9 protein is used together with a target gene-specific guide RNA for guiding to a target site of genomic DNA. The Cas9 protein may form a complex with a guide RNA to act in the form of ribonucleic acid protein (RNP).

본 발명에서 "발현 벡터"란 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물로, 플라스미드 벡터, 코스미드 벡터, 박테리오파지 벡터, 및 바이러스 벡터 등을 포함한다. 구체적인 예로, 대장균 유래 플라스미드(pBR322, pBR325, pUC118, pUC119, pET30a, pET30c 및 pGEX-GST), 바실러스 서브틸러스 유래 플라스미드(pUB110 및 pTP5), 효모 유래 플라스미드(YEp13, YEp24 및 YCp50) 또는 Ti 플라스미드(pGA3383, pCAMBIA3301, pCAMBIA3300, pGA3426, pGA3780, pGWB12, pGWB14) 등을 사용할 수 있고, 레트로바이러스, 아데노바이러스 또는 백시니아바이러스와 같은 동물 바이러스, 배큘로바이러스와 같은 곤충 바이러스 또는 식물 바이러스가 사용될 수 있으며, pPZP, pGA 및 pCAMBIA 계열과 같은 바이너리 벡터를 사용할 수 있다.In the present invention, the term "expression vector" refers to a gene construct comprising essential regulatory elements operably linked so that the gene insert is expressed, and includes a plasmid vector, a cosmid vector, a bacteriophage vector, and a viral vector. Specific examples include E. coli-derived plasmids (pBR322, pBR325, pUC118, pUC119, pET30a, pET30c and pGEX-GST), Bacillus subtilis-derived plasmids (pUB110 and pTP5), yeast-derived plasmids (YEp13, YEp24 and YCp50) or Ti plasmid ( pGA3383, pCAMBIA3301, pCAMBIA3300, pGA3426, pGA3780, pGWB12, pGWB14), and the like, animal viruses such as retrovirus, adenovirus or vaccinia virus, insect viruses such as baculovirus, or plant viruses, and pPZP , pGA and pCAMBIA family of binary vectors can be used.

본 발명의 벡터가 식물 세포에 적용되는바, 본 발명의 프로모터는, 식물체의 유전자 도입을 위해 이용되는 프로모터를 포함할 수 있다. 예를 들어, SP6 프로모터, T7 프로모터, T3 프로모터, PM 프로모터, 옥수수의 유비퀴틴 프로모터(Ubi), 컬리플라워 모자이크 바이러스(CaMV) 35S 프로모터, 노팔린 씬타아제(nos) 프로모터, 피그워트 모자이크 바이러스 35S 프로모터, 수가크레인 바실리폼 바이러스 프로모터, 콤멜리나 엘로우 모틀 바이러스 프로모터, 리불로오스-1,5-비스-포스페이트 카르복실라아제 스몰 서브유티트(ssRUBISCO)의 광유도성 프로모터, 벼 사이토졸 트리오스포스페이트 이소머라아제(TPI) 프로모터, 아라비돕시스의 아데닌 포스포리보실트랜스퍼라아제(APRT) 프로모터 및 옥토파인 신타아제 프로모터를 포함한다.As the vector of the present invention is applied to a plant cell, the promoter of the present invention may include a promoter used for gene introduction into a plant. For example, SP6 promoter, T7 promoter, T3 promoter, PM promoter, corn ubiquitin promoter (Ubi), cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter, nopaline scintase (nos) promoter, pigwort mosaic virus 35S promoter, Sugacrane basiliform virus promoter, commelina yellow mottle virus promoter, ribulose-1,5-bis-phosphate carboxylase small subunit (ssRUBISCO) photoinducible promoter, rice cytosol triosphosphate isomerase (TPI) promoter, adenine phosphoribosyltransferase (APRT) promoter of Arabidopsis, and the octopine synthase promoter.

본 발명의 프로모터는 구체적으로 상시발현 프로모터이며, 더욱 구체적으로 35S 프로모터인 것을 특징으로 할 수 있다. The promoter of the present invention is specifically a normally expressed promoter, and more specifically, it may be characterized in that it is a 35S promoter.

본 발명의 "벡터"는 선택성 마커를 포함할 수 있다.The "vector" of the present invention may include a selectable marker.

상기 선택성 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질전환된 세포를 비형질전환 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 그 예로는 글리포세이트(glyphosate), 글루포시네이트암모늄(glufosinate ammonium) 또는 포스피노트리신(phosphinothricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 카나마이신(kanamycin), G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자가 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The selectable marker is typically a nucleic acid sequence having properties that can be selected by a chemical method, and all genes capable of distinguishing a transformed cell from a non-transformed cell correspond to this. Examples include herbicide resistance genes such as glyphosate, glufosinate ammonium or phosphinothricin, kanamycin, G418, bleomycin, hygromycin. ), and antibiotic resistance genes such as chloramphenicol, but are not limited thereto.

본 발명의 "Cas9 발현 벡터"는 상기 Cas9 유전자가 발현될 수 있도록, 발현조절 서열과 기능적으로 연결되어 있다. 예를 들어, 벡터는 프로모터, 오퍼레이터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널, 인핸서 같은 발현 조절 요소 외에도 막 표적화 또는 분비를 위한 신호서열 또는 리더 서열을 포함하며 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다. 또한, 벡터는 선택성 마커를 포함할 수 있으며, 벡터는 자가 복제하거나 숙주 DNA에 통합될 수 있다. 본 발명의 벡터는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용한다.The "Cas9 expression vector" of the present invention is functionally linked to an expression control sequence so that the Cas9 gene can be expressed. For example, the vector includes a signal sequence or leader sequence for membrane targeting or secretion in addition to expression control elements such as a promoter, an operator, an initiation codon, a stop codon, a polyadenylation signal, and an enhancer, and can be prepared in various ways according to the purpose. . In addition, the vector may contain a selectable marker, and the vector may be self-replicating or integrated into the host DNA. The vector of the present invention can be prepared using gene recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cleavage and ligation use enzymes generally known in the art.

본 발명에서 "형질전환"은, 유전물질인 DNA를 다른 계통의 살아 있는 세포에 주입했을 때, DNA가 그 세포에 들어가 유전형질(遺傳形質)을 변화시키는 현상으로, 형질변환, 형전환, 또는 형변환 이라고도 한다.In the present invention, "transformation" is a phenomenon in which DNA enters the cell and changes the genotypic trait when DNA, which is a genetic material, is injected into a living cell of another lineage. Transformation, transformation, or Also called cast.

본 발명에서 상기 벡터로 식물체를 형질전환하는 것은 당업자에게 공지된 형질전환기술에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로는, 아그로박테리움을 이용한 형질전환방법, 미세사출법(microprojectile bombardment), 일렉트로포레이션(electroporation), PEG-매개 융합법(PEG-mediated fusion), 미세주입법(microinjection), 리포좀 매개법(liposome-mediated method), 인-플란타 형질전환법(In planta transformation), 진공 침윤법(Vacuum infiltration method), 화아침지법(floral meristem dipping method), 및 아그로박테리아 분사법(Agrobacterium spraying method)을 이용할 수 있으며, 더 구체적으로는 아그로박테리움을 이용한 형질전환방법 또는 아그로박테리아 분사법(Agrobacterium spraying method)을 이용할 수 있다.Transformation of a plant with the vector in the present invention can be performed by a transformation technique known to those skilled in the art. Specifically, a transformation method using Agrobacterium, microprojectile bombardment, electroporation, PEG-mediated fusion, microinjection, liposome mediated method ( liposome-mediated method), In planta transformation, Vacuum infiltration method, floral meristem dipping method, and Agrobacterium spraying method. In particular, a transformation method using Agrobacterium or an Agrobacterium spraying method may be used.

본 발명에서 용어 "식물체"는, 성숙한 식물체뿐만 아니라 성숙한 식물로 발육할 있는 식물 세포, 식물 조직 및 식물의 종자 등을 모두 포함하는 의미이다. In the present invention, the term "plant" is meant to include not only mature plants, but also plant cells, plant tissues, and seeds of plants that can develop into mature plants.

본 발명에서 상기 식물체는 특별히 제한되지 않으며, 일례로서 벼, 밀, 보리, 옥수수, 콩, 감자, 밀, 팥, 귀리 또는 수수를 포함하는 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 또는 당근을 포함하는 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 또는 유채를 포함하는 특용 작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 또는 바나나를 포함하는 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 또는 튤립을 포함하는 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐 또는 페레니얼라이그라스를 포함하는 사료 작물류로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며, 구체적으로는 벼, 밀, 보리, 옥수수, 콩, 감자, 밀, 팥, 귀리 또는 수수를 포함하는 식량 작물류이나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the plant is not particularly limited, and as an example, rice, wheat, barley, corn, beans, potatoes, wheat, red beans, oats or food crops including sorghum; Vegetable crops including Arabidopsis, Chinese cabbage, radish, pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, pumpkin, green onion, onion or carrot; Specialty crops including ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, sugar beet, perilla, peanut or rapeseed; Fruit trees including apple tree, pear tree, jujube tree, peach, poplar, grape, tangerine, persimmon, plum, apricot or banana; Flowers including roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies or tulips; And any one selected from the group consisting of feed crops including ryegrass, red clover, orchardgrass, alpha alpha, tall fescue or perennial ryegrass, specifically rice, wheat, barley, corn, soybeans, potatoes, wheat, Food crops including, but not limited to, red beans, oats or sorghum.

본 발명의 실시예에서 형질전환이 잘되는 담배 식물에 Cas9 발현 벡터를 아그로박테리움(Agrobacterium)에 도입하고, 이를 캘러스(callus) 또는 조직에 감염시켜 형질전환 담배(A)를 제조하고 온실에서 배양하였다. 이후, Cas9 유전자에 특이적인 Cas9-F(서열번호4)와 Cas9-R(서열번호5) 프라이머 및 선택성 마커인 하이그로마이신 특이적 hptII-2 F 프라이머(서열번호6)와 nos-R 프라이머(서열번호7)를 이용하여 PCR로 Cas9 단백질이 발현되는 형질전환 담배를 선발하였다.Introducing Cas9 expression vector in tobacco plant transformants well in an embodiment of the present invention into Agrobacterium (Agrobacterium), and infected them to callus (callus) or tissue were prepared transgenic tobacco (A) and cultured in a greenhouse . Thereafter, the Cas9-F (SEQ ID NO: 4) and Cas9-R (SEQ ID NO: 5) primers specific for the Cas9 gene, and the hygromycin-specific hptII-2 F primer (SEQ ID NO: 6) and the nos-R primer ( A transgenic tobacco expressing the Cas9 protein was selected by PCR using SEQ ID NO: 7).

따라서 본 발명의 Cas9 발현 식물체는 Cas9 발현 벡터로 형질전환된 식물체를 Cas9 유전자에 특이적인 프라이머 세트를 이용하여 선별된 것일 수 있으며, 상기 Cas9 유전자에 특이적인 프라이머 세트는 서열번호4의 Cas9-F와 서열번호5의 Cas9-R일 수 있다.Accordingly, the Cas9-expressing plant of the present invention may be selected from the plant transformed with the Cas9 expression vector using a primer set specific for the Cas9 gene, and the primer set specific for the Cas9 gene is Cas9-F of SEQ ID NO: 4 and It may be Cas9-R of SEQ ID NO: 5.

또한, 본 발명의 Cas9 발현 식물체는 벡터 내에 삽입된 선택성 마커 특이적 프라이머와 터미네이터 특이적 프라이머를 이용하여 선별된수 있으며, 구체적으로, 선택성 마커인 하이그로마이신 유전자 특이적 서열번호6의 하이그로마이신 특이적 프라이머(hptII-2 F)와 서열번호7의 nos terminator 특이적 프라이머를 이용하여 선별된 것일 수 있다.In addition, the Cas9-expressing plant of the present invention can be selected using a selectable marker-specific primer and a terminator-specific primer inserted into the vector, specifically, the selectable marker hygromycin gene-specific hygromycin of SEQ ID NO: 6 It may be selected using a specific primer (hptII-2 F) and a nos terminator specific primer of SEQ ID NO: 7.

본 발명의 gRNA 발현 식물체는 목표 유전자 특이적인 gRNA를 발현하는 것을 특징으로 한다. The gRNA-expressing plant of the present invention is characterized by expressing a target gene-specific gRNA.

상기 gRNA 발현 식물체는 gRNA 발현 벡터로 형질전환된 식물체일 수 있다.The gRNA-expressing plant may be a plant transformed with a gRNA expression vector.

상기 형질전환, 식물체에 대한 설명은 전술한 바와 같다.The transformation and description of the plant are as described above.

본 발명에서 "가이드 RNA(guide RNA, gRNA)"는 목표 유전자 내의 표적서열과 혼성화 가능한 표적화 서열을 포함하는 RNA를 의미한다.In the present invention, "guide RNA (gRNA)" refers to RNA including a targeting sequence capable of hybridizing with a target sequence in a target gene.

상기 가이드 RNA는 생체 외(in vitro) 또는 생체(또는 세포) 내에서 Cas9 단백질과 결합하여 이를 목표 유전자 또는 목표 유전자 내의 표적 부위로 인도하는 역할을 한다.The guide RNA serves to bind the Cas9 protein in vitro or in vivo (or cells) to guide it to a target gene or a target site in the target gene.

상기 가이드 RNA의 구체적 서열은 Cas9의 종류(즉, 유래 미생물)에 따라서 적절히 선택할 수 있으며, 이는 이 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 사항이다.The specific sequence of the guide RNA can be appropriately selected according to the type of Cas9 (ie, the derived microorganism), which can be easily recognized by those of ordinary skill in the art.

본 발명에서 "목표 유전자(target gene)"는 유전자 편집의 대상이 되는 유전자를 의미하고, "표적 부위(target site 또는 target region)"는 목표 유전자 내의 Cas9에 의한 유전자 편집이 일어나는 부위를 의미한다.In the present invention, "target gene" refers to a gene that is subject to gene editing, and "target site or target region" refers to a site in which gene editing by Cas9 in the target gene occurs.

상기 목표 유전자는 1개 또는 여러 개의 유전자를 선정할 수 있다.One or several genes may be selected as the target gene.

상기 목표 유전자는 발현 또는 억제되어 식물의 형질을 조절하는 유전자일 수 있다. The target gene may be a gene that is expressed or suppressed to regulate a plant trait.

본 발명에서 “형질”은 식물 또는 특정 식물 물질 또는 세포의 생리학적, 형태적, 생화학적 또는 물리적 특징을 지칭한다. 상기 특징은 종자 또는 식물의 크기와 같이 육안으로 볼 수 있거나, 또는 종자 또는 잎의 단백질, 전분 또는 오일 함량 검출 등의 생화학적 기법에 의해, 또는 대사 또는 생리학적 프로세스의 관찰에 의해, 예를 들어, 수분 고갈 또는 특정 염 또는 당 농도에 대한 내성 (tolerance)을 측정함으로써, 또는 유전자 또는 유전자들의 발현 수준을 관찰함으로써, 또는 삼투성 스트레스 내성 또는 수율과 같은 농업적인 관측에 의해, 측정 할 수 있다.In the present invention, “trait” refers to a physiological, morphological, biochemical, or physical characteristic of a plant or a specific plant material or cell. These features can be seen with the naked eye, such as the size of a seed or plant, or by biochemical techniques such as detection of the protein, starch or oil content of seeds or leaves, or by observation of metabolic or physiological processes, for example , Water depletion or by measuring tolerance to a specific salt or sugar concentration, or by observing the expression level of a gene or genes, or by agricultural observations such as osmotic stress tolerance or yield.

또한, 형질은 또한 제초제에 대한 식물 저항성을 포함한다.In addition, traits also include plant resistance to herbicides.

또한, 형질은 농업 형질(agronomic trait)일 수 있다. Also, the trait may be an agronomic trait.

본 발명에서 “농업형질”은, 비-제한적인 예로, 잎의 녹화(leaf greenness), 생산량, 생장 속도, 바이오매스, 성숙시 생중량, 성숙시 건중량, 열매 수확율, 종자 수확율, 전체 식물 질소 함량, 열매 질소 함량, 종자 질소 함량, 영양 조직내 질소 함량, 전체 식물 유리 아미노산 함량, 열매 유리 아미노산 함량, 종자 유리 아미노산 함량, 영양 조직내 유리 아미노산 함량, 전체 식물 단백질 함량, 열매의 단백질 함량, 종자의 단백질 함량, 영양 조직의 단백질 함량, 내건성, 질소 흡수, 뿌리 도복(root lodging), 수확 지수(harvest index), 잎 줄기 도복, 식물 높이, 이삭 높이, 이삭 길이, 질병 저항성, 내한성, 내염성, 분얼수(tiller number) 등을 포함하는, 측정 가능한 파라미터이다.In the present invention, "agricultural trait" is, for non-limiting examples, leaf greenness, production, growth rate, biomass, fresh weight at maturity, dry weight at maturity, fruit harvest rate, seed yield rate, whole plant Nitrogen content, nutrient nitrogen content, seed nitrogen content, nutrient tissue nitrogen content, total plant free amino acid content, fruit free amino acid content, seed free amino acid content, nutrient tissue free amino acid content, total plant protein content, fruit protein content, Seed protein content, nutrient tissue protein content, dry resistance, nitrogen absorption, root lodging, harvest index, leaf stalk lodging, plant height, ear height, ear length, disease resistance, cold resistance, salt resistance, It is a measurable parameter, including the tiller number.

따라서 본 발명의 목표 유전자는 유전자 발현 억제 또는 활성화를 통해 식물 또는 특정 식물 물질 또는 세포의 생리학적, 형태적, 생화학적 또는 물리적 특징으로 조절하는 것으로 알려진 유전자를 포함한다.Accordingly, the target gene of the present invention includes genes known to be regulated by physiological, morphological, biochemical or physical characteristics of plants or specific plant substances or cells through gene expression inhibition or activation.

구체적으로 병저항성 유전자; 농업형질에 관여하는 유전자; 침수, 가뭄, 추위 또는 염 저항성을 포함하는 환경 스트레스에 관여하는 유전자; 질소대사 관련 유전자; 기능성 물질 대사에 관여하는 유전자; 매운 맛, 쓴 맛, 신 맛, 또는 단 맛 조절에 관여하는 유전자;를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Specifically, disease resistance genes; Genes involved in agricultural traits; Genes involved in environmental stress, including immersion, drought, cold or salt resistance; Genes related to nitrogen metabolism; Genes involved in functional metabolism; Genes involved in the regulation of spicy taste, bitter taste, sour taste, or sweet taste; may include, but are not limited thereto.

본 발명의 실시예에서 목표 유전자로 니코티아나 벤타미아나 유래 피토엔 불포화효소(Nicotiana benthamiana phytoene desaturase, NbPDS)를 코딩하는 유전자를 사용하였다. 따라서 본 발명의 목표 유전자는 구체적으로 NbPDS를 코딩하는 유전자 일 수 있으며, 상기 NbPDS 유전자는 서열번호3의 염기서열로 이루어진 것 일 수 있다. In the examples of the present invention, a gene encoding Nicotiana benthamiana phytoene desaturase (NbPDS) was used as a target gene. Therefore, the target gene of the present invention may specifically be a gene encoding NbPDS, and the NbPDS gene may be composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3.

본 발명에서 "표적서열"은 목표 유전자의 표적 부위 내의 특이적 염기서열로, 가이드 RNA의 표적화 서열과 상보적인 염기서열을 가진다.In the present invention, the "target sequence" is a specific nucleotide sequence within the target site of the target gene, and has a nucleotide sequence complementary to the targeting sequence of the guide RNA.

상기 표적서열은 RNA-가이드 뉴클레아제가 인식하는 PAM 서열의 5' 말단 및/또는 3' 말단에 인접하여 위치하는 연속하는 약 15nt 내지 약 30nt, 약 15nt 내지 약 25nt, 약 17nt 내지 약 23nt, 또는 약 18nt 내지 약 22 nt, 예컨대, 약 20nt 길이의 염기서열을 의미할 수 있다The target sequence is a contiguous about 15 nt to about 30 nt, about 15 nt to about 25 nt, about 17 nt to about 23 nt located adjacent to the 5'end and/or 3'end of the PAM sequence recognized by the RNA-guide nuclease, or It may mean a nucleotide sequence of about 18 nt to about 22 nt, for example, about 20 nt in length.

본 발명에서 "표적화 서열(targeting sequence)"은 목표 유전자 내의 표적 부위 내의 연속하는 약 15 내지 약 30개, 약 15 내지 약 35개, 약 17 내지 약 23개, 또는 약 18개 내지 약 22개, 예컨대, 약 20개의 뉴클레오타이드(nt)를 포함하는 부위의 염기서열과 상보적인 염기서열을 포함한다.In the present invention, "targeting sequence" refers to about 15 to about 30 consecutive, about 15 to about 35, about 17 to about 23, or about 18 to about 22 consecutive target sites in the target gene, For example, it includes a base sequence complementary to a base sequence of a site containing about 20 nucleotides (nt).

상기 가이드 RNA는, 표적서열과 혼성화 가능한 부위 (표적화 서열)을 포함하는 CRISPR RNA (crRNA); Cas9 단백질과 상호작용하는 부위를 포함하는 trans-activating crRNA (tracrRNA); 및 상기 crRNA 및 tracrRNA의 주요 부위 (예컨대, 표적화 서열을 포함하는 crRNA 부위 및 뉴클레아제와 상호작용하는 tracrRNA의 부위)가 융합된 형태의 단일 가이드 RNA(single guide RNA; sgRNA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로 CRISPR RNA(crRNA) 및 trans-activating crRNA(tracrRNA)를 포함하는 이중 RNA(dual RNA), 또는 crRNA 및 tracrRNA의 주요 부위를 포함하는 단일 가이드 RNA (sgRNA)일 수 있다. 상기 sgRNA는 목표 유전자(표적 부위) 내의 표적 서열과 상보적인 서열(표적화 서열)을 가지는 부분(이를 Spacer region, Target DNA recognition sequence, base pairing region 등으로도 명명함) 및 Cas 단백질 결합을 위한 hairpin 구조를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 목표 유전자 내의 표적서열과 상보적인 서열(표적화 서열)을 포함하는 부분, Cas 단백질 결합을 위한 hairpin 구조, 및 Terminator 서열을 포함할 수 있다. 상기 기술된 구조는 5'에서 3' 순으로 순차적으로 존재하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 가이드 RNA가 crRNA 및 tracrRNA의 주요 부분 및 목표 유전자의 상보적인 부분을 포함하는 경우라면 어떠한 형태의 가이드 RNA도 본 발명에서 사용될 수 있다.The guide RNA includes CRISPR RNA (crRNA) including a site capable of hybridizing with a target sequence (targeting sequence); Trans-activating crRNA (tracrRNA) containing a site that interacts with the Cas9 protein; And a single guide RNA (sgRNA) in which the main regions of the crRNA and tracrRNA (e.g., a crRNA site including a targeting sequence and a site of a tracrRNA interacting with a nuclease) are fused. It may be one or more, and specifically, it may be a dual RNA (dual RNA) including CRISPR RNA (crRNA) and a trans-activating crRNA (tracrRNA), or a single guide RNA (sgRNA) including a major site of crRNA and tracrRNA. . The sgRNA is a portion having a sequence (targeting sequence) complementary to the target sequence in the target gene (target site) (also referred to as a spacer region, target DNA recognition sequence, base pairing region, etc.) and a hairpin structure for binding Cas protein It may include. More specifically, a portion including a sequence (targeting sequence) complementary to a target sequence in the target gene, a hairpin structure for binding to a Cas protein, and a Terminator sequence may be included. The structure described above may be sequentially present in the order of 5'to 3', but is not limited thereto. Any type of guide RNA can be used in the present invention as long as the guide RNA includes a major portion of crRNA and tracrRNA and a complementary portion of a target gene.

본 발명의 "gRNA 발현 벡터"는 상기 목표 유전자를 특이적으로 인식하는 가이드 RNA(gRNA)를 암호화하는 유전자 염기서열을 포함하며, 가이드 RNA(gRNA)가 발현될 수 있도록, 발현조절 서열과 기능적으로 연결되어 있다. 예를 들어, gRNA 발현 벡터는 프로모터, 오퍼레이터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널, 인핸서 같은 발현 조절 요소 외에도 막 표적화 또는 분비를 위한 신호서열 또는 리더 서열을 포함하며 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다.The "gRNA expression vector" of the present invention includes a gene sequence encoding a guide RNA (gRNA) that specifically recognizes the target gene, and functionally with an expression control sequence so that guide RNA (gRNA) can be expressed. connected. For example, the gRNA expression vector includes a signal sequence or leader sequence for membrane targeting or secretion in addition to expression control elements such as a promoter, an operator, an initiation codon, a stop codon, a polyadenylation signal, and an enhancer, and can be prepared in various ways according to the purpose. I can.

상기 gRNA 발현 벡터는 RNA의 전사를 가능하게 하는 프로모터를 포함할 수 있으며, 구체적으로 RNA 폴리머라아제의 프로모터를 포함하며, 더욱 구체적 U3, U6 프로모터를 포함할 수 있다.The gRNA expression vector may include a promoter that enables transcription of RNA, specifically includes a promoter of RNA polymerase, and more specifically includes U3 and U6 promoters.

또한, gRNA 발현 벡터는 선택성 마커를 포함할 수 있으며, 벡터는 자가 복제하거나 숙주 DNA에 통합될 수 있다. 본 발명의 벡터는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용한다.In addition, the gRNA expression vector may contain a selectable marker, and the vector may be self-replicating or integrated into the host DNA. The vector of the present invention can be prepared using gene recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cleavage and ligation use enzymes generally known in the art.

본 발명의 실시예에서 니코티아나 벤타미아나(Nicotiana benthamiana) 유래 피토엔 불포화효소(phytoene desaturase, NbPDS) 유전자(서열번호3)에 특이적인 gRNA(s)를 발현하는 pU6-sgRNAs 발현 벡터를 제조하였다. 구체적으로 애기장대 U6P 프로모터의 하류 스트림에 NbPDS의 gRNA 유전자가 위치하도록 벡터를 제조하였다. 제조된 상기 gRNA(s)벡터를 아그로박테리움에 형질전환 후 캘러스(callus)또는 조직에 감염시켜 gRNA 발현 형질전환 담배(B)를 제조하고 온실에서 배양하였다. 그 후, 형질전환체에서 nosT-F(서열번호8)와 CRISPR-uni-R(서열번호9)를 이용하여 gRNA의 형질도입체를 계통을 선별하였으며, NbPDS-gRNA-F(서열번호10) 프라이머와 gRNA Scaffold-R (서열번호11)를 이용하여 gRNA(s) 발현이 높은 식물체를 선발하고 이의 종자를 확보하였다. In an embodiment of the present invention, a pU6-sgRNAs expression vector expressing gRNA(s) specific for a phytoene desaturase (NbPDS) gene (SEQ ID NO: 3) derived from Nicotiana benthamiana was prepared. . Specifically, a vector was prepared so that the gRNA gene of NbPDS was located in the downstream stream of the Arabidopsis U6P promoter. The prepared gRNA(s) vector was transformed into Agrobacterium and then infected with callus or tissue to prepare gRNA-expressing transgenic tobacco (B) and cultured in a greenhouse. Thereafter, in the transformant, a line was selected for the transducer of gRNA using nosT-F (SEQ ID NO: 8) and CRISPR-uni-R (SEQ ID NO: 9), and NbPDS-gRNA-F (SEQ ID NO: 10) Using primers and gRNA Scaffold-R (SEQ ID NO: 11), plants with high gRNA(s) expression were selected and seeds thereof were obtained.

따라서 본 발명의 gRNA(s) 발현 식물체는 nosT-F(서열번호8)와 CRISPR-uni-R(서열번호9) 프라이머 또는 NbPDS-gRNA-F(서열번호10) 프라이머와 gRNA Scaffold-R (서열번호11) 프라이머를 이용하여 선별된 것일 수 있다.Therefore, the gRNA(s) expressing plant of the present invention includes nosT-F (SEQ ID NO: 8) and CRISPR-uni-R (SEQ ID NO: 9) primers or NbPDS-gRNA-F (SEQ ID NO: 10) primers and gRNA Scaffold-R (SEQ ID NO: 8). Number 11) may be selected using a primer.

본 발명에서 유전자 편집방법은 Cas9 발현 식물체(A)와 gRNA 발현 식물체(B)를 교배하여 후대를 제조하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the gene editing method is characterized in that a progeny is produced by crossing the Cas9-expressing plant (A) and the gRNA-expressing plant (B).

본 발명의 유전자 편집(gene editing)은 목표 유전자 내의 표적 부위에 이중가닥 절단(double-stranded DNA cleavage)을 발생시켜서 뉴클레오타이드의 변이를 유발하는 작용을 의미한다. Gene editing of the present invention refers to an action of causing mutation of nucleotides by generating double-stranded DNA cleavage at a target site in a target gene.

상기 변이는 목표 유전자 내의 뉴클레오타이드가 전부 또는 일부의 결실, 역위(inversion), 치환(conversion) 또는 삽입을 포함하며, 그 결과 목표 유전자의 기능이 상실된다. 상기 기능의 상실이란, 목표 유전자가 변형이 없는 경우에 통상적으로 수행하는 생물학적 기능 또는 역할의 전부 또는 일부가 없어진 것을 의미하며, 예를 들어, 목적 유전자에 의해 발현되는 단백질이 조기에 종결되거나, 단백질로서의 정상 기능을 상실한 것이다.The mutation includes deletion, inversion, conversion or insertion of all or part of the nucleotide in the target gene, and as a result, the function of the target gene is lost. The loss of the function means that all or part of a biological function or role normally performed when the target gene is not modified, for example, the protein expressed by the target gene is terminated early, or the protein It has lost its normal function.

구체적으로, 상기 유전자 편집은 표적 부위에 종료코돈을 생성시키거나, 야생형과 다른 아미노산을 코딩하는 코돈을 생성시킴으로써, 목표 유전자를 녹아웃(knock-out) 시키거나, 단백질을 생성하지 않는 비코딩 DNA 서열에 변이를 도입하거나 목표 유전자의 기능을 활성화 시키는 등 다양한 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the gene editing is a non-coding DNA sequence that knocks out a target gene or does not produce a protein by generating a stop codon at the target site or by generating a codon encoding an amino acid different from the wild type. It may be in various forms, such as introducing a mutation or activating the function of a target gene, but is not limited thereto.

본 발명의 유전자 편집은 식물체 교배에 의해 하나의 식물 개체에서 Cas9과 gRNA가 동시 발현되어 유전자를 편집하는 것을 특징으로 하는바, 생체 내(in vivo)에서 수행되는 것을 특징으로 한다.Gene editing of the present invention is characterized in that Cas9 and gRNA are simultaneously expressed in one plant individual by plant crossing to edit the gene, and is characterized in that it is performed in vivo.

본 발명에서 목표 유전자가 편집된 식물체는 Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현 식물체를 교배한 개체 중 목표 유전자의 표적부위 내의 뉴클레오타이드가 변이(결실, 역위, 치환, 또는 삽입)된 식물체이다. 구체적으로 Cas9 유전자 및 gRNA 유전자를 포함하지 않으며 목표 유전자의 표적 부위의 뉴클레오타이드가 변이된 식물체 일수 있으며, 더욱 구체적으로 목표 유전자가 녹아웃(knock-out, KO) 또는 활성화된 식물체일 수 있다.In the present invention, the plant in which the target gene is edited is a plant in which the nucleotide in the target site of the target gene is mutated (deleted, inverted, substituted, or inserted) among individuals crossing the Cas9-expressing plant and the gRNA-expressing plant. Specifically, the Cas9 gene and the gRNA gene may not be included, and the nucleotide of the target site of the target gene may be a mutated plant, and more specifically, the target gene may be a knock-out (KO) or activated plant.

본 발명의 실시예에서 식물체의 표현형을 분석하여 목표 유전자의 편집 여부를 확인하였다. 분석결과 CRISPR/Cas9과 NbPDS-gRNA 개별 발현 식물체 교배에 의한 교잡세대의 유전자편집 효과가 지속적으로 유지(항시적 편집)되거나 생장하면서 회복(한시적 편집)되는 것을 확인하였다. In the embodiment of the present invention, the phenotype of the plant was analyzed to confirm whether or not the target gene was edited. As a result of the analysis, it was confirmed that the gene editing effect of the hybrid generation by crossing the plants expressing CRISPR/Cas9 and NbPDS-gRNA was continuously maintained (constant editing) or recovered while growing (temporary editing).

따라서 본 발명의 목표 유전자 편집은 항시적 편집 또는 한시적 편집되는 것을 특징으로 할 수 있다. Therefore, the target gene editing of the present invention may be characterized as being permanently edited or temporary edited.

본 발명의 편집 방법은 항시적 편집 개체를 선별하는 단계를 더 포함할 수 있다. The editing method of the present invention may further include the step of selecting a constitutively edited entity.

본 발명에서 “항시적 편집”은 Cas9 발현 식물체 및 gRNA 발현 식물체의 교배 후배의 떡잎에서 타겟 유전자가 편집되어 유전자 편집 표현형을 보이고 생장에 따라 새로 나오는 잎에서 계속 유전자 편집증상을 보이는 것을 의미한다.In the present invention, "constant editing" means that the target gene is edited in the cotyledons of the mating juniors of the Cas9-expressing plant and the gRNA-expressing plant to show a gene-editing phenotype and continue to show gene-editing symptoms in new leaves according to growth.

본 발명에서 “한시적 편집”은 떡잎에서 식물체 편집되어 표현형을 보였으나 식물체 생장에 따라 새로 나오는 잎에서는 유전자 편집 표현형이 나타나지 않는 것을 의미한다. In the present invention, "temporary editing" means that the plant is edited in cotyledons to show a phenotype, but the gene editing phenotype does not appear in the leaves emerging according to plant growth.

식물체의 유전자를 편집하기 위해서는 Cas 단백질과 gRNA를 식물 원형질체에 직접 도입하거나, 아그로박테리움 형질전환법을 이용하여 식물체에 Cas 단백질 및 gRNA를 형질 도입하는 방법을 주로 이용한다. 원형질체를 분리 및 배양은 제한된 식물에서만 가능하며, 아그로박테리움을 이용한 형질전환법은 원형질체에 직접 도입하는 방법과 비교하여 더 많은 종류의 식물체에 적용 가능하지만, 형질전환이 어렵거나 현재기술로는 불가능한 식물 품종에 대해서는 유전자 편집이 불가하다는 한계가 있다.In order to edit the gene of a plant, the Cas protein and gRNA are directly introduced into the plant protoplast, or a method of transducing the Cas protein and gRNA into the plant using the Agrobacterium transformation method is mainly used. Isolation and cultivation of protoplasts is possible only in limited plants, and the transformation method using Agrobacterium can be applied to more types of plants compared to the method of direct introduction into protoplasts, but transformation is difficult or impossible with current technology. There is a limitation that gene editing is not possible for plant varieties.

본 발명의 유전자 편집방법은 상기 후대를 형질전환이 어려운 식물품종과 교배하는 단계를 더 포함한다. The gene editing method of the present invention further includes the step of crossing the progeny with a plant variety that is difficult to transform.

본 발명의 유전자 편집 방법은 Cas9 유전자를 포함하는 벡터에 별도의 가이드 RNA(gRNA)를 클로닝하지 않아 효율적이다. The gene editing method of the present invention is efficient because a separate guide RNA (gRNA) is not cloned into a vector containing the Cas9 gene.

또한 각기 다른 Cas 유전자 발현 식물체와 각기 다른 gRNA 발현 식물체의 교배를 통해 다른 종류의 Cas와 gRNA을 한 작물에 집약할 수도 있다. Cas9과 gRNA가 각각 도입된 식물체를 형질전환이 어렵거나 잘되지 않는 식물품종과 교배하여 형질전환이 어려운 식물 품종(또는 계통)에서 목표 유전자를 특이적으로 편집할 수 있는 장점이 있다. In addition, different types of Cas and gRNA can be aggregated into one crop by crossing different Cas gene-expressing plants and different gRNA-expressing plants. It has the advantage of being able to specifically edit a target gene in a plant variety (or lineage) that is difficult to transform by crossing a plant into which Cas9 and gRNA has been introduced, respectively, with a plant variety that is difficult to transform or does not work well.

본 발명에서 "형질전환이 어려운 식물 품종"은 통상의 형질전환 방법으로 재조합벡터의 도입이 어려운 식물 품종으로, 형질전환 효율이 3% 이하인 식물 품종일 수 있다. In the present invention, the "plant variety that is difficult to transform" is a plant variety that is difficult to introduce a recombinant vector by a conventional transformation method, and may be a plant variety having a transformation efficiency of 3% or less.

상기 형질전환 효율은 식물체의 종자 100개에 재조합 벡터로 형질전환된 아그로박테리움을 접종하여 형질도입하였을 때, 식물체를 형성하고 뿌리 유도하여 성장한 형질전환체 수를 %로 나타낸 것이다.The transformation efficiency represents the number of transformants grown by forming a plant and inducing roots when transduced by inoculating 100 seeds of a plant with Agrobacterium transformed with a recombinant vector.

상기 형질전환이 어려운 식물은 벼, 밀, 보리, 옥수수, 콩, 감자, 밀, 팥, 귀리 또는 수수를 포함하는 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 또는 당근을 포함하는 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 또는 유채를 포함하는 특용 작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 또는 바나나를 포함하는 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 또는 튤립을 포함하는 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐 또는 페레니얼라이그라스를 포함하는 사료 작물류로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 작물일 수 있으며, 반드시 이에 국한 하는 것은 아니다.Plants that are difficult to transform include rice, wheat, barley, corn, soybeans, potatoes, wheat, red beans, food crops including oats or sorghum; Vegetable crops including Arabidopsis, Chinese cabbage, radish, pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, pumpkin, green onion, onion or carrot; Specialty crops including ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, sugar beet, perilla, peanut or rapeseed; Fruit trees including apple tree, pear tree, jujube tree, peach, poplar, grape, tangerine, persimmon, plum, apricot or banana; Flowers including roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies or tulips; And it may be any one crop selected from the group consisting of feed crops including ryegrass, red clover, orchardgrass, alpha alpha, tall fescue, or perennial ryegrass, but is not limited thereto.

고추(Capsicum annum)의 경우 매운 고추(Clili pepper)의 가운데 2개 품종에서 형질전환 효율이 0.001%에서 1.0% 이하로 알려져 있으며, 같은 종인 피망의 일부 품종에서는 형질전환효율이 0.001%인 것이 보고되어 있다.In the case of Capsicum annum , the transformation efficiency is known to be 0.001% to less than 1.0% in two cultivars of the spicy pepper, and it is reported that the transformation efficiency is 0.001% in some cultivars of the same species. have.

따라서 본 발명에서 상기 고추는 형질전환 효율이 1.0% 이하인 고추(Capsicum annum) 품종으로 구체적으로 매운 고추(Clili pepper) 또는 피망일 수 있다. Therefore, in the present invention, the pepper is a pepper ( Capsicum annum ) variety having a transformation efficiency of 1.0% or less, and may be specifically spicy pepper (Clili pepper) or bell pepper.

옥수수의 경우 Hi-II 품종은 형질전환효율이 20% 정도이나 우리나라 재배 품종은 거의 되지 않는 것으로 알려져 있다.In the case of corn, the Hi-II variety has a transformation efficiency of about 20%, but it is known that few cultivated varieties in Korea.

상기 우리나라 재배 품종 옥수수는 단옥2호, 금단옥, 초당옥1호, 감미옥, 구슬옥, 고당옥, 백금옥, 광평옥, 청안옥, 장다옥, 강다옥, 다평옥, 청다옥, 고당옥1호, 찰옥1호, 두메찰, 연농1호, 광안옥, 흑점찰,일미찰, 골드찰, 아리찰, 아미찰, 다미찰, 황찰옥, 하얀찰 및 흑진주찰을 포함한다.The above Korean cultivated corn is Danok No. 2, Geumdanok, Chodang-ok No. 1, Gammi-ok, Guang-ok, Godang-ok, Platinum-ok, Gwangpyeong-ok, Cheong-an-ok, Jang Da-ok, Kang Da-ok, Da-pyeong-ok, Cheong-da-ok, Godang-ok No. 1 , Chalkok No. 1, Dumechal, Yeonnong No. 1, Gwanganok, Heukjeomchal, Ilmichal, Goldchal, Arichal, Amichal, Damichal, Hwangchalok, White Chalk, and Heukjinjuchal.

밀의 경우도 형질전환 효율이 0.01 내지 0.1% 정도로 낮은 것으로 알려져 있다.In the case of wheat, it is known that the transformation efficiency is as low as 0.01 to 0.1%.

본 발명의 밀은 황금, 아리흑, 오프리, 금강, 백강, 조경 및 올그루 품종을 포함한다.The wheat of the present invention includes the varieties of Golden, Ariheuk, Opry, Geumgang, Baekgang, Landscaping and All Trees.

벼의 경우 유전자형에 따른 형질전환 효율 변이가 심하며, 자포니카(Japonica) 계통의 동진벼의 형질전환 효율은 75%까지 기술이 발달했지만, 다른 품종으로 교체하거나 인디카 계통의 품종으로 바꾸어 형질전환을 실시할 경우 효율이 2% 이하로 현저히 낮아지는 문제점이 있다.In the case of rice, the transformation efficiency varies according to the genotype, and the transformation efficiency of Dongjin rice of the Japonica line has been developed up to 75%. There is a problem that the efficiency is significantly lowered to 2% or less.

상기 벼는 형질전환 효율이 2% 이하인 인디카 계통 품종일 수 있다.The rice may be an Indica strain having a transformation efficiency of 2% or less.

식물체는 품종에 따라 아그로박테리움 형질도입시 아그로박테리움의 감수성, 재분화율이 상이하며 이에 따라 형질전환 효율이 현저히 낮을 수 있으며, 아그로박테리움에 의해 감염되고 재분화가 되더라고 신초의 성장과정에서 유리되어 형질전환 식물체가 형성되지 않는 문제가 발행할 수 있다.Plants have different susceptibility and regeneration rate of Agrobacterium upon transduction of Agrobacterium depending on the variety, and accordingly, the transformation efficiency may be remarkably low, and even if infected and re-differentiated by Agrobacterium, it is advantageous in the growth process of shoots. As a result, there may be a problem in that the transgenic plant is not formed.

구체적으로 국화의 형질전환에서 아그로박테리움 감수성이나 재분화율은 형질전환 효율에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 스프레이 및 스탠다드 국화 33개의 품종을 대상으로 품종간 재분화율을 조사한 Han 등(J. Plant Biotechnol. 36:275-280, 2009) 보고에서도 33개의 품종 중 7개 품종이 인돌아세트산(IAA)와 벤질 아미노 퓨린(BAP) 호르몬에 전혀 반응하지 않아 재분화가 어려움을 확인하였으며, 스프레이 국화 형질전환에 대한 서은정 등(원예과학기술지 33(6), 2015.12, 947-954)에서 40개의 품종에 대해 아그로박테리움 감수성 및 재분화 시험을 분석한 결과 Black Marble(BMB), Moon Light(ML), Yes Star(YST), Golden Festival(GF), Ilweol(IW), Yes Day(YDY), Yes Happy(YH), Pink Velvet(PV), Yes Together(YTG), Seolak(SL), Orange Memory(OM), Borami (BRM), Gama(GM), Yellow Pangpang(YPP)이 아그로박테리움 감염도가 상대적으로 낮음을 확인하였으며, Black Marble(BMB), Forest Aroma(FA), Graden Party(GP), Hwiparam(HPR), Moon Festiva(MF), Moon Light(ML), Pink Velvet(PV), Seolak(SL), Yes Now(YNW), 399 품종의 10개 품종의 잎 조직에서는 BAP와 IAA를 이용한 재분화 배지에 전혀 반응을 하지 않아 형질전환이 어려움을 보고하고 있다. 또한, 비교적 높은 재분화율을 보인 스프레이 품종 중에서 Peak(PK), Orange Memory(OM) 품종은 다수의 신초가 유도되긴 했지만 3주 이후부터는 신초가 유리화되는 현상이 나타나 실제 형질전환에 활용되기 어려움을 보고하고 있다. Specifically, it is known that Agrobacterium susceptibility or regeneration rate in the transformation of chrysanthemum affects the transformation efficiency. In a report by Han et al. (J. Plant Biotechnol . 36:275-280, 2009), which investigated the regeneration rate among 33 varieties of spray and standard chrysanthemum, 7 out of 33 varieties were indole acetic acid (IAA) and benzyl amino. It was confirmed that it was difficult to re-differentiate because it did not respond to the purine (BAP) hormone at all, and Eun-Jung Seo et al (Journal of Horticultural Science and Technology 33(6), 2015.12, 947-954) on spray chrysanthemum transformation for 40 varieties of Agrobacterium. As a result of analyzing susceptibility and rediation tests, Black Marble(BMB), Moon Light(ML), Yes Star(YST), Golden Festival(GF), Ilweol(IW), Yes Day(YDY), Yes Happy(YH), Pink Velvet (PV), Yes Together (YTG), Seolak (SL), Orange Memory (OM), Borami (BRM), Gama (GM), and Yellow Pangpang (YPP) confirmed that Agrobacterium infection was relatively low. , Black Marble(BMB), Forest Aroma(FA), Graden Party(GP), Hwiparam(HPR), Moon Festiva(MF), Moon Light(ML), Pink Velvet(PV), Seolak(SL), Yes Now( YNW), 399 varieties of leaf tissues of 10 cultivars reported difficulty in transformation because they did not react to the re-differentiation medium using BAP and IAA at all. In addition, among the spray varieties showing a relatively high regeneration rate, Peak (PK) and Orange Memory (OM) varieties induced a large number of shoots, but after 3 weeks, shoots were vitrified, making it difficult to use for actual transformation. I'm doing it.

상기 내용을 참조하면 Peak(PK), Orange Memory(OM), Black Marble(BMB), Forest Aroma(FA), Graden Party(GP), Hwiparam(HPR), Moon Festiva(MF), Moon Light(ML), Pink Velvet(PV), Seolak(SL), Yes Now(YNW), Yes Star(YST), Golden Festival(GF), Ilweol(IW), Yes Day(YDY), Yes Happy(YH), Yes Together(YTG), Borami (BRM), Gama(GM), Yellow Pangpang(YPP) 등 일부 국화 품종에서 아그로박테리움을 이용한 형질전환이 어렵다. Refer to the above, Peak(PK), Orange Memory(OM), Black Marble(BMB), Forest Aroma(FA), Graden Party(GP), Hwiparam(HPR), Moon Festiva(MF), Moon Light(ML) , Pink Velvet(PV), Seolak(SL), Yes Now(YNW), Yes Star(YST), Golden Festival(GF), Ilweol(IW), Yes Day(YDY), Yes Happy(YH), Yes Together( YTG), Borami (BRM), Gama (GM), and Yellow Pangpang (YPP) are difficult to transform using Agrobacterium in some chrysanthemum varieties.

본 발명의 형질전환이 어려운 식물품종은 Peak(PK), Orange Memory(OM), Black Marble(BMB), Forest Aroma(FA), Graden Party(GP), Hwiparam(HPR), Moon Festiva(MF), Moon Light(ML), Pink Velvet(PV), Seolak(SL), Yes Now(YNW), Yes Star(YST), Golden Festival(GF), Ilweol(IW), Yes Day(YDY), Yes Happy(YH), Yes Together(YTG), Borami (BRM), Gama(GM) 및 Yellow Pangpang(YPP)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 국화품종일 수 있으나 이에 한정되는 것을 아니다. The plant varieties that are difficult to transform in the present invention include Peak (PK), Orange Memory (OM), Black Marble (BMB), Forest Aroma (FA), Graden Party (GP), Hwiparam (HPR), Moon Festiva (MF), Moon Light(ML), Pink Velvet(PV), Seolak(SL), Yes Now(YNW), Yes Star(YST), Golden Festival(GF), Ilweol(IW), Yes Day(YDY), Yes Happy(YH) ), Yes Together (YTG), Borami (BRM), Gama (GM) and Yellow Pangpang (YPP) may be one or more varieties of chrysanthemum selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 형질전환이 어려운 식물체와 교배 가능한 동종, 동속 또는 근연종의 식물 중에서 형질환 효율이 좋은 식물체를 선정하고, 상기 식물체를 Cas9 발현벡터 또는 gRNA 발현벡터로 형질전환하여 Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현식물체를 제조하였다. 제조된 Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현식물체를 교배하여 목표 유전자가 한시적 또는 항시적으로 편집된 식물체를 확보하였으며, 이를 형질전환이 어려운 식물 품종과 교배시켜 형질전환이 어려운 식물체에서 목표 유전자를 편집할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a plant having good transfection efficiency is selected from among plants of the same kind, cognate or related species capable of crossing with the plant having difficulty in transformation, and the plant is transformed with a Cas9 expression vector or a gRNA expression vector, and Cas9 Expression plants and gRNA expression plants were prepared. The prepared Cas9-expressing plant and the gRNA-expressing plant were crossed to obtain a plant whose target gene was temporarily or permanently edited, and the target gene can be edited in a plant that is difficult to transform by crossing it with a plant variety that is difficult to transform. .

구체적으로, 형질전환이 어려운 식물 품종의 유전자 편집을 위해서는 항시적으로 유전자가 편집된 개체를 자가수분하여 유전자 항시적인 편집형질이 고정된 개체를 교배에 이용할 수 있다.Specifically, for gene editing of a plant variety that is difficult to transform, an individual whose gene has been edited is constantly self-pollinated, and an individual whose genetic constitutive editing trait is fixed can be used for crossing.

따라서 본 발명의 방법은 형질전환이 어려운 식물품종에서 형질전환을 이용하지 않고, 목표 유전자가 편집된 식물체와 교배를 통해, 형질전환이 어려운 식물 품종에서 목표 유전자가 편집할 수 있다.Therefore, the method of the present invention does not use transformation in a plant variety that is difficult to transform, and through crossing with a plant in which the target gene has been edited, the target gene can be edited in a plant variety that is difficult to transform.

본 발명의 다른 양태로 상기 편집 방법에 의해 목표 유전자가 편집된 식물체를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a plant in which a target gene has been edited by the above editing method.

본 발명에서 목표 유전자가 편집된 식물체는 Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현 식물체를 교배하여 후대를 제조한 식물체로, Cas9과 gRNA가 교배를 통해 하나의 식물체에서 발현되어 목표 유전자가 편집된 것을 특징으로 한다. In the present invention, the plant in which the target gene is edited is a plant produced by crossing the Cas9-expressing plant and the gRNA-expressing plant, and the target gene is edited by being expressed in one plant through crossing of Cas9 and gRNA.

본 발명에서 Cas9 발현 식물체는 유전자형 분석 또는 발현 분석을 통해 Cas9 유전자가 안정적으로 발현되는 식물체를 선별하고 자가수분을 통해 후대에서 Cas9 발현이 안정적으로 고정된 식물체를 이용하는 것이 바람직하다. In the present invention, the Cas9-expressing plant preferably selects a plant in which the Cas9 gene is stably expressed through genotyping or expression analysis, and uses a plant in which Cas9 expression is stably fixed in the posterior generation through self-pollination.

구체적으로 상기 Cas9 발현 식물체는 Cas9 발현 유전자가 DNA 양쪽 가닥에 포함된 호모형일 수 있다. Specifically, the Cas9-expressing plant may be a homo-type in which the Cas9-expressing gene is included in both strands of DNA.

본 발명에서 gRNA 발현 식물체는 유전자형 분석 또는 발현 분석을 통해 gRNA유전자가 안정적으로 발현되는 식물체를 선별하고 자가수분을 통해 후대에서 gRNA발현이 안정적으로 고정된 식물체를 이용하는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable to select a plant in which gRNA gene is stably expressed through genotyping or expression analysis, and to use a plant in which gRNA expression is stably fixed in the posterior generation through self-pollination.

구체적으로 상기 gRNA 발현 식물체는 gRNA 발현 유전자가 DNA 한쪽 가닥에 포함된 헤테로형일 수 있다.Specifically, the gRNA-expressing plant may be a heterotype in which a gRNA-expressing gene is contained in one strand of DNA.

본 발명에서 목표 유전자가 편집된 식물체는 한시적 또는 항시적 유전자가 편집된 것을 특징으로 한다.In the present invention, a plant whose target gene has been edited is characterized in that a temporary or constitutive gene has been edited.

식물의 품종 개발을 위해서는 항시적 유전자 편집 개체를 이용하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서는 목표 유전자가 안정적으로 편집된 개체를 선별하고 자가수분을 통해 후대에서 유전자 편집 형질을 고정시키는 것을 특징으로 할 수 있다. For the development of plant varieties, it is desirable to use a constitutive gene-edited individual. Therefore, in the present invention, it may be characterized in that an individual whose target gene has been stably edited is selected and the gene-editing trait is fixed at a later generation through self-pollination.

본 발명에서 한시적 또는 항시적 유전자 편집에 관한 설명은 전술한 바와 같다. In the present invention, a description of temporary or constitutive gene editing is as described above.

본 발명의 식물체는 교배하여 후대를 제조한 식물체를 형질전환이 어려운 식물품종과 교배한 것일 수 있다. The plant of the present invention may be a cross-breeding of a plant produced by cross-breeding with a plant variety that is difficult to transform.

본 발명에서 식물체, 형질전환이 어려운 식물품종에 관한 설명은 전술한 바와 같다. In the present invention, the description of the plant, which is difficult to transform, is as described above.

본 발명에서 목표 유전자에 대한 설명은 전술한 바와 같다. The description of the target gene in the present invention is as described above.

본 발명에서 목표 유전자가 편집된 식물체는 형질전환이 어려운 식물체에서 목표 유전자가 편집된 식물체로, 목표 유전자의 전부 또는 일부가 변이(결실, 역위(inversion), 치환(conversion) 또는 삽입되어 목표 유전자의 기능이 상실 또는 활성화된 것을 특징으로 하나 반드시 이에 국한할 것은 아니다. In the present invention, a plant whose target gene is edited is a plant whose target gene is edited in a plant that is difficult to transform, and all or part of the target gene is mutated (deleted, inversion, conversion) or inserted It is characterized by loss or activation of function, but is not limited thereto.

구체적으로, 형질전환이 어려운 식물품종과 목표 유전자 편집된 식물체의 교배를 통해 목표 유전자의 표적부위의 뉴클레오타이드가 전부 또는 일부의 결실, 역위(inversion), 치환(conversion) 또는 삽입된 것 일 수 있다. Specifically, the nucleotide at the target site of the target gene may be all or part of the deletion, inversion, conversion, or insertion through crossing of a plant variety that is difficult to transform with a plant whose target gene has been edited.

본 발명의 식물체의 목표 유전자 편집 방법은 형질전환이 어려운 식물체에서 목표 유전자를 편집할 수 있어, 새로운 식물체 소재 개발에 유용하게 활용할 수 있다. 또한 확보된 Cas9 발현 벡터에 별도로 gRNA를 클로닝을 수행하지 않아 활용이 용이하다.The method for editing a target gene of a plant of the present invention can edit a target gene in a plant that is difficult to transform, and thus can be usefully utilized in the development of a new plant material. In addition, since gRNA is not separately cloned into the obtained Cas9 expression vector, it is easy to use.

도 1은 CRISPR/Cas9 벡터와 gRNA 벡터의 모식도이다.
도 2는 Cas9(A)과 PDS-gRNA(B) 벡터 도입 과정 및 과발현 담배(N. benthamiana) 형질전환체이다(1: Agrobactria 접종 후 줄기유도, 2: 식물체 형성, 3: 뿌리유도, 4: 형질전환체)
도 3a 및 도 3b는 Cas9(A)과 PDS-gRNA(B) 형질전환체에서 각 유전자 발현을 PCR과 qRT-PCR을 이용하여 확인한 것이다.
도 4는 도3에서 선발한 개별 발현 식물체를 이용하여 NbPDS 유전자를 교배하여 얻은 F1의 모양을 나타낸 것이다.
도 5는 Cas9과 PDS-gRNA개별발현 형질전환 담배(N. benthamiana) 교잡세대 (F1) 표현형을 나타낸 것이다(파종 5일 후). 점선 동그라미 안의 1: 편집 유지, 2: 편집 회복, 3: 편집 안됨
도 6은 Cas9과 PDS-gRNA개별발현 형질전환 담배(N. benthamiana) 교잡세대(F1) 대표 표현형을 관찰한 것이다(파종 1달 후). 1: 편집 유지, 2: 편집 회복(느림), 3: 편집 회복(신속), 4: 편집 안됨, 총 개체수 223개
도 7은 식물생장에 따라 지속적으로 새잎의 유전자 편집(좌), 어느 시기 이후에 정상잎이 출현(우)하여 유전자 편집이 되지 않는 표현형을 관찰한 결과이다. 관찰기간: 2020. 8. 18; 파종, 8. 23. 떡잎 편집 확인; 8. 28. 첫 번째 본엽 편집과 정상 확인; 9. 5. 두 번째 본엽 편집과 정상 확인; 9. 17. 5번째 본엽 편집과 정상 확인; (9. 21. 사진 촬영)
1 is a schematic diagram of a CRISPR/Cas9 vector and a gRNA vector.
2 is a Cas9 (A) and PDS-gRNA (B) vector introduction process and overexpression tobacco ( N. benthamiana ) transformants (1: stem induction after Agrobactria inoculation, 2: plant formation, 3: root induction, 4: Transformant)
3A and 3B show the expression of each gene in the Cas9(A) and PDS-gRNA(B) transformants using PCR and qRT-PCR.
Figure 4 shows the shape of F 1 obtained by crossing the NbPDS gene using the individually expressed plant selected in Figure 3.
Figure 5 shows the Cas9 and PDS-gRNA individual expression transgenic tobacco ( N. benthamiana ) hybrid generation (F 1 ) phenotype (5 days after seeding). In dashed circle 1: keep editing, 2: recover editing, 3: no editing
Fig. 6 is an observation of a representative phenotype of Cas9 and PDS-gRNA individual expression transgenic tobacco ( N. benthamiana ) hybrid generation (F 1 ) (1 month after seeding). 1: keep editing, 2: recover editing (slow), 3: recover editing (fast), 4: unedited, total population 223
7 is a result of observing a phenotype in which gene editing is not possible due to continuous gene editing of new leaves (left) according to plant growth, and normal leaves appearing (right) after a certain period of time. Observation period: 18 Aug 2020; Sowing, 8. 23. Cotyledon edit confirmation; 8. 28. Editing the first lobe and confirming it is normal; 9. 5. Editing the second lobe and confirming normality; 9. 17. Editing the fifth leaf and confirming normality; (9. 21. Taking pictures)

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

<실시예1> 형질전환 식물체의 제조<Example 1> Preparation of transgenic plant

실시예1에서 선발한 형질전환이 되지 않는 식물체와 동일한 종 또는 속내의 식물 중 형질전환이 잘되는 대표자원을 선발하여 CRISPR/Cas9 발현 또는 gRNA 발현형질전환 식물체를 제조하였다.CRISPR/Cas9-expressing or gRNA-expressing transgenic plants were prepared by selecting representative resources that are well transformed among plants in the same species or genus as the plants selected in Example 1 that are not transformed.

우선 형질전환이 쉬운 담배(Nicotiana benthamiana)를 이용하여 CRISPR/Cas9 과발현 형질전환 담배와 gRNA 발현 형질전환 담배를 제작하였으며 제조된 각 형질전환체를 교배하여 후대(교잡세대)를 제조하였다. First, CRISPR/Cas9-overexpressing transgenic tobacco and gRNA-expressing transgenic tobacco were prepared using easy-to-transform tobacco ( Nicotiana benthamiana ), and progeny (hybrid generation) were prepared by crossing each of the prepared transformants.

<실시예1-1> CRISPR/Cas9 발현 형질전환 담배(A) 제작<Example 1-1> Preparation of CRISPR/Cas9-expressing transgenic tobacco (A)

담배(Nicotiana benthamiana)에 CRISPR/Cas9 발현 벡터를 형질도입하여 Cas9 발현 형질전환 담배를 제조하였다. Tobacco ( Nicotiana benthamiana ) was transduced with a CRISPR/Cas9 expression vector to prepare a Cas9-expressing transgenic tobacco.

Cas9 발현 벡터는 도 1(위)과 같이 제조하였다. pHAtC 벡터를 사용하였다. 프로모터는 유도 프로모터나 조직특이 프로모터를 사용하는 경우, 식물체 교배하였을 때 목표유전자의 표현형 분석이 상대적으로 어렵기 때문에 상시발현 프로모터인 35S를 사용하였다. Cas9 expression vector was prepared as shown in Figure 1 (above). The pHAtC vector was used. When an inducible promoter or a tissue-specific promoter is used as the promoter, it is relatively difficult to analyze the phenotype of the target gene when the plant is crossed, so a permanently expressed promoter, 35S, was used.

상기 Cas9 발현 벡터를 아그로박테리움(Agrobacterium)에 형질전환 후 담배의 캘러스(callus) 또는 조직에 감염시켜 CRISPR/Cas9 발현 형질전환 담배(A)를 제조(도 2-A)하고 온실에서 배양하였다. 상기에서 제조한 CRISPR/Cas9 발현 형질전환 식물체(A)에서 genomic DNA를 분리하고, PCR 분석하여 Cas9 유전자 도입 여부를 확인하였다. Cas9 유전자는 서열번호1의 염기서열로 이루어지며, 서열번호2의 아미노산 서열로 구성된다(표 1, 2). The Cas9 expression vector was transformed with Agrobacterium and then infected with callus or tissue of tobacco to prepare CRISPR/Cas9-expressing transgenic tobacco (A) (Fig. 2-A) and cultured in a greenhouse. Genomic DNA was isolated from the CRISPR/Cas9-expressing transgenic plant (A) prepared above, and PCR analysis was performed to confirm the introduction of the Cas9 gene. The Cas9 gene consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and consists of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 (Tables 1 and 2).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

<실시예1-2> 목표 유전자 특이적 gRNA 발현 형질전환 식물체(B)의 제작<Example 1-2> Preparation of transgenic plant (B) expressing target gene-specific gRNA

담배에서 목표 유전자를 녹아웃(knock-out, KO)시키기 위해 목표 유전자 특이적 gRNA(s)를 선정하고, 도 1(아래)과 같이 상기 gRNA를 발현하는 벡터(pU6-sgRNAs)를 제조하였다. pICH86966 벡터를 이용하여 tU6p 프로모터 -sgRNA_PDS(CR-V1) 재조합 벡터를 제조하였다.To knock-out (KO) a target gene in tobacco, a target gene-specific gRNA (s) was selected, and vectors (pU6-sgRNAs) expressing the gRNA were prepared as shown in FIG. 1 (below). The tU6p promoter -sgRNA_PDS(CR-V1) recombinant vector was prepared using the pICH86966 vector.

구체적으로 니코티아나 벤타미아나(Nicotiana benthamiana) 유래 피토엔 불포화효소(phytoene desaturase, PDS) 유전자(서열번호3)에 특이적인 gRNA(s)를 이용하여 gRNA(s) 발현 벡터를 제조하였다. 제조된 상기 gRNA(s)-벡터를 아그로박테리움에 형질전환 후 캘러스(callus) 또는 조직에 감염시켜 gRNA 발현 형질전환 식물체(B)를 제조(도 2-B)하고 온실에서 배양하였다.Specifically, a gRNA (s) expression vector was prepared using gRNA (s) specific for a phytoene desaturase (PDS) gene (SEQ ID NO: 3) derived from Nicotiana benthamiana. The prepared gRNA(s)-vector was transformed into Agrobacterium and then infected with callus or tissue to prepare a gRNA-expressing transgenic plant (B) (Fig. 2-B) and cultured in a greenhouse.

유전자명Gene name 염기서열Base sequence NbPDS 유전자
(서열번호3)
NbPDS gene
(SEQ ID NO:3)
ATGCCCCAAA TTGGACTTGT TTCTGCCGTT AATTTGAGAG TCCAAGGTAA TTCAGCTTAT
CTTTGGAGCT CGAGGTCTTC GTTGGGAACT GAAAGTCAAG ATGTTTGCTT GCAAAGGAAT
TTGTTATGTT TTGGTAGTAG CGACTCCATG GGGCATAAGT TAAGGATTCG TACTCCAAGT
GCCACGACCC GAAGATTGAC AAAGGACTTT AATCCTTTAA AGGTAGTCTG CATTGATTAT
CCAAGACCAG AGCTAGACAA TACAGTTAAC TATTTGGAGG CGGCGTTATT ATCATCATCG
TTTCGTACTT CCTCACGCCC AACTAAACCA TTGGAGATTG TTATTGCTGG TGCAGGTTTG
GGTGGTTTGT CTACAGCAAA ATATCTGGCA GATGCTGGTC ACAAACCGAT ATTGCTGGAG
GCAAGAGATG TCCTAGGTGG GAAGGTAGCT GCATGGAAAG ATGATGATGG AGATTGGTAC
GAGACTGGGT TGCACATATT CTTTGGGGCT TACCCAAATA TGCAGAACCT GTTTGGAGAA
CTAGGGATTG ATGATCGGTT GCAGTGGAAG GAACATTCAA TGATATTTGC GATGCCTAAC
AAGCCAGGGG AGTTCAGCCG CTTTGATTTT CCTGAAGCTC TTCCTGCGCC ATTAAATGGA
ATTTTGGCCA TACTAAAGAA CAACGAAATG CTTACGTGGC CCGAGAAAGT CAAATTTGCT
ATTGGACTCT TGCCAGCAAT GCTTGGAGGG CAATCTTATG TTGAAGCTCA AGACGGTTTA
AGTGTTAAGG ACTGGATGAG AAAGCAAGGT GTGCCTGATA GGGTGACAGA TGAGGTGTTC
ATTGCCATGT CAAAGGCACT TAACTTCATA AACCCTGACG AGCTTTCGAT GCAGTGCATT
TTGATTGCTT TGAACAGATT TCTTCAGGAG AAACATGGTT CAAAAATGGC CTTTTTAGAT
GGTAACCCTC CTGAGAGACT TTGCATGCCG ATTGTGGAAC ATATTGAGTC AAAAGGTGGC
CAAGTCAGAC TAAACTCACG AATAAAAAAG ATCGAGCTGA ATGAGGATGG AAGTGTCAAA
TGTTTTATAC TGAATAATGG CAGTACAATT AAAGGAGATG CTTTTGTGTT TGCCACTCCA
GTGGATATCT TGAAGCTTCT TTTGCCTGAA GACTGGAAAG AGATCCCATA TTTCCAAAAG
TTGGAGAAGC TAGTGGGAGT TCCTGTGATA AATGTCCATA TATGGTTTGA CAGAAAACTG
AAGAACACAT CTGATAATCT GCTCTTCAGC AGAAGCCCGT TGCTCAGTGT GTACGCTGAC
ATGTCTGTTA CATGTAAGGA ATATTACAAC CCCAATCAGT CTATGTTGGA ATTGGTATTT
GCACCCGCAG AAGAGTGGAT AAATCGTAGT GACTCAGAAA TTATTGATGC TACAATGAAG
GAACTAGCGA AGCTTTTCCC TGATGAAATT TCGGCAGATC AGAGCAAAGC AAAAATATTG
AAGTATCATG TTGTCAAAAC CCCAAGGTCT GTTTATAAAA CTGTGCCAGG TTGTGAACCC
TGTCGGCCCT TGCAAAGATC CCCTATAGAG GGTTTTTATT TAGCTGGTGA CTACACGAAA
CAGAAGTACT TGGCTTCAAT GGAAGGTGCT GTCTTATCAG GAAAGCTTTG TGCCGAAGCT
ATTGTACAGG ATTACGAGTT ACTTCTTGGC CGGAGCCAGA AGATGTTGGC AGAAGCAAGC
GTAGTTAGCA TAGTGAACTA A
ATGCCCCAAA TTGGACTTGT TTCTGCCGTT AATTTGAGAG TCCAAGGTAA TTCAGCTTAT
CTTTGGAGCT CGAGGTCTTC GTTGGGAACT GAAAGTCAAG ATGTTTGCTT GCAAAGGAAT
TTGTTATGTT TTGGTAGTAG CGACTCCATG GGGCATAAGT TAAGGATTCG TACTCCAAGT
GCCACGACCC GAAGATTGAC AAAGGACTTT AATCCTTTAA AGGTAGTCTG CATTGATTAT
CCAAGACCAG AGCTAGACAA TACAGTTAAC TATTTGGAGG CGGCGTTATT ATCATCATCG
TTTCGTACTT CCTCACGCCC AACTAAACCA TTGGAGATTG TTATTGCTGG TGCAGGTTTG
GGTGGTTTGT CTACAGCAAA ATATCTGGCA GATGCTGGTC ACAAACCGAT ATTGCTGGAG
GCAAGAGATG TCCTAGGTGG GAAGGTAGCT GCATGGAAAG ATGATGATGG AGATTGGTAC
GAGACTGGGT TGCACATATT CTTTGGGGCT TACCCAAATA TGCAGAACCT GTTTGGAGAA
CTAGGGATTG ATGATCGGTT GCAGTGGAAG GAACATTCAA TGATATTTGC GATGCCTAAC
AAGCCAGGGG AGTTCAGCCG CTTTGATTTT CCTGAAGCTC TTCCTGCGCC ATTAAATGGA
ATTTTGGCCA TACTAAAGAA CAACGAAATG CTTACGTGGC CCGAGAAAGT CAAATTTGCT
ATTGGACTCT TGCCAGCAAT GCTTGGAGGG CAATCTTATG TTGAAGCTCA AGACGGTTTA
AGTGTTAAGG ACTGGATGAG AAAGCAAGGT GTGCCTGATA GGGTGACAGA TGAGGTGTTC
ATTGCCATGT CAAAGGCACT TAACTTCATA AACCCTGACG AGCTTTCGAT GCAGTGCATT
TTGATTGCTT TGAACAGATT TCTTCAGGAG AAACATGGTT CAAAAATGGC CTTTTTAGAT
GGTAACCCTC CTGAGAGACT TTGCATGCCG ATTGTGGAAC ATATTGAGTC AAAAGGTGGC
CAAGTCAGAC TAAACTCACG AATAAAAAAG ATCGAGCTGA ATGAGGATGG AAGTGTCAAA
TGTTTTATAC TGAATAATGG CAGTACAATT AAAGGAGATG CTTTTGTGTT TGCCACTCCA
GTGGATATCT TGAAGCTTCT TTTGCCTGAA GACTGGAAAG AGATCCCATA TTTCCAAAAG
TTGGAGAAGC TAGTGGGAGT TCCTGTGATA AATGTCCATA TATGGTTTGA CAGAAAACTG
AAGAACACAT CTGATAATCT GCTCTTCAGC AGAAGCCCGT TGCTCAGTGT GTACGCTGAC
ATGTCTGTTA CATGTAAGGA ATATTACAAC CCCAATCAGT CTATGTTGGA ATTGGTATTT
GCACCCGCAG AAGAGTGGAT AAATCGTAGT GACTCAGAAA TTATTGATGC TACAATGAAG
GAACTAGCGA AGCTTTTCCC TGATGAAATT TCGGCAGATC AGAGCAAAGC AAAAATATTG
AAGTATCATG TTGTCAAAAC CCCAAGGTCT GTTTATAAAA CTGTGCCAGG TTGTGAACCC
TGTCGGCCCT TGCAAAGATC CCCTATAGAG GGTTTTTATT TAGCTGGTGA CTACACGAAA
CAGAAGTACT TGGCTTCAAT GGAAGGTGCT GTCTTATCAG GAAAGCTTTG TGCCGAAGCT
ATTGTACAGG ATTACGAGTT ACTTCTTGGC CGGAGCCAGA AGATGTTGGC AGAAGCAAGC
GTAGTTAGCA TAGTGAACTA A

<실시예2> A, B 형질전환 담배의 분자생물학적 분석<Example 2> Molecular biological analysis of A, B transgenic tobacco

실시예1-1의 Cas9 형질전환체 또는 실시예1-2의 gRNA 발현 형질전환체의 gDNA 또는 RNA를 분리한 후 분자생물학적 분석을 통해 형질전환체를 선별하였다. After separating the Cas9 transformant of Example 1-1 or the gDNA or RNA of the gRNA-expressing transformant of Example 1-2, the transformants were selected through molecular biological analysis.

<실시예2-1> A 형질전환 담배<Example 2-1> A transgenic tobacco

실시예1-1의 형질전환체에서 Cas9 유전자에 특이적인 Cas9-F(서열번호4)와 Cas9-R(서열번호5) 프라이머 및 선발마커인 하이그로마이신 프라이머(hptII-2 F, 서열번호6)와 nos terminator 프라이머(nos-R; 서열번호7)를 이용하여 PCR을 수행하였다In the transformant of Example 1-1, the Cas9-F (SEQ ID NO: 4) and Cas9-R (SEQ ID NO: 5) primers specific to the Cas9 gene and the selection marker hygromycin primer (hptII-2 F, SEQ ID NO: 6) ) And nos terminator primer (nos-R; SEQ ID NO: 7) was used to perform PCR

PCR 분석결과를 통해 Cas9 발현 형질전환체 26 계통을 선발하였으며, Cas9 발현 식물체의 종자를 대량으로 확보하였다(도 3a).Through the PCR analysis result, 26 lines of Cas9-expressing transformants were selected, and a large amount of seeds of the Cas9-expressing plant was obtained (FIG. 3A).

<실시예2-2>B 형질전환 담배<Example 2-2> B Transgenic Tobacco

이와 유사하게 실시예1-2의 형질전환체를 nosT-F(서열번호8)와 CRISPR-uni-R(서열번호9) 프라이머로 PCR하여 형질전환체 19 계통을 선발하였다. 또한 NbPDS-gRNA-F(서열번호10) 프라이머와 gRNA Scaffold-R 프라이머(서열번호11)를 이용하여 real time qRT-PCR로 gRNA의 발현을 분석하여, 높은 발현을 보인 1번 계통을 확인하고 교배에 이용하였다(도 3b). Similarly, the transformant of Example 1-2 was PCR with nosT-F (SEQ ID NO: 8) and CRISPR-uni-R (SEQ ID NO: 9) primers to select 19 transformants. In addition, the expression of gRNA was analyzed by real time qRT-PCR using NbPDS-gRNA-F (SEQ ID NO: 10) primer and gRNA Scaffold-R primer (SEQ ID NO: 11) to identify line 1 showing high expression and cross breeding. It was used for (Fig. 3b).

프라이머 명칭 Primer name 서열 정보(5‘→3’)Sequence information (5'→3') Cas9-2F(서열번호4)Cas9-2F (SEQ ID NO: 4) AAGCTGCCTAAGTACTCCCTAAGCTGCCTAAGTACTCCCT Cas9-2R(서열번호5)Cas9-2R (SEQ ID NO: 5) AGGTAGTGCTTGTGCTGTTCAGGTAGTGCTTGTGCTGTTC hptII-2F(서열번호6)hptII-2F (SEQ ID NO: 6) CATAACAGCGGTCATTGACTGCATAACAGCGGTCATTGACTG nos-R(서열번호7)nos-R (SEQ ID NO: 7) TTGCGCGCTATATTTTGTTTTTGCGCGCTATATTTTGTTT nosT-F(서열번호8)nosT-F (SEQ ID NO: 8) TGAATCCTGTTGCCGGTCTTTGAATCCTGTTGCCGGTCTT CRISPR-uni-R(서열번호9)CRISPR-uni-R (SEQ ID NO: 9) AGCGTAATGCCAACTTTGTACAGCGTAATGCCAACTTTGTAC NbPDS-gRNA-F(서열번호10)NbPDS-gRNA-F (SEQ ID NO: 10) GCCGTTAATTTGAGAGTCCAGCCGTTAATTTGAGAGTCCA gRNA Scaffold-R(서열번호11)gRNA Scaffold-R (SEQ ID NO: 11) AAAAGCACCGACTCGGTGAAAAGCACCGACTCGGTG

표 4에서 F는 정방향, R은 역방향을 의미한다. In Table 4, F denotes the forward direction and R denotes the reverse direction.

<실시예3> CRISPR/Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현 식물체 유전형 분석<Example 3> CRISPR/Cas9-expressing plant and gRNA-expressing plant genotyping analysis

실시예2에서 선발한 CRISPR/Cas9 발현 식물체 23번 계통과 gRNA 발현이 증가된 1번 계통에서 Cas9과 gRNA DNA 운반체의 유전형을 분석하였다.Genotypes of Cas9 and gRNA DNA carriers were analyzed in the CRISPR/Cas9-expressing plant line No. 23 and line No. 1 with increased gRNA expression selected in Example 2.

각각의 식물체를 자가수분(self pollination)하고 얻은 종자를 항생제 배지에 파종해 분리비를 관찰하였다. Cas9/23-1 개체의 경우 hygromycin(50 ㎎/ℓ)을 넣은 선택배지에 파종한 결과 24개 식물체 모두 선택배지에서 살아남아 pHAtC 운반체 DNA가 담배 유전체 DNA 양쪽 가닥에 동형으로 삽입된 것으로 판단하였다. 반면에 gRNA 운반체인 AtU6P-NbPDS-gRNA(CRV1-1)의 경우 kanamycin(50 ㎎/ℓ)을 넣은 선택배지에 파종한 결과 24개 식물체 중 20개가 선택배지에서 살아남아 gRNA 운반체 DNA는 담배 유전체 DNA 양쪽 가닥 중 한 곳에 삽입된 것으로 판단하였다(도 4).Each plant was self-pollinated, and the obtained seeds were sown in an antibiotic medium to observe the separation ratio. In the case of Cas9/23-1 individuals, as a result of sowing in selective medium containing hygromycin (50 mg/ℓ), all 24 plants survived in the selective medium, and it was determined that the pHAtC carrier DNA was homozygous inserted into both strands of the tobacco genome DNA. On the other hand, the gRNA carrier AtU6P-NbPDS-gRNA (CRV1-1) was seeded in a selective medium containing kanamycin (50 ㎎/ℓ). As a result, 20 out of 24 plants survived in the selective medium. It was determined that it was inserted into one of the strands (Fig. 4).

<실시예4> Cas9과 gRNA 개별발현 식물체 교배 후대의 유전자 편집 분석<Example 4> Gene editing analysis after crossing of Cas9 and gRNA individually expressing plants

실시예3의 Cas9/23-1과 gRNA-1 개체를 교배하여 교잡종자(F1) 223개를 수확하여 이를 MS0 배지에 파종하고 지속적으로 식물체의 표현형을 관찰하였다.Cas9/23-1 of Example 3 and gRNA-1 individuals were crossed to harvest 223 hybrid seeds (F 1 ), sown them in MS0 medium, and the phenotype of the plant was continuously observed.

실시예3에서 얻은 결과에 비추어 Cas9/23-1과 gRNA-1 교잡 종자는 개체를 서술한 것처럼 pHAtC는 교잡종자 모두에 담배 유전체 DNA 가닥 중 한 곳에 삽입된 헤테로 형으로 존재할 것이다. 반면에 AtU6P-NbPDS-gRNA는 교잡종자의 50%에서만 헤테로형으로 존재하고 나머지에는 존재하지 않을 것으로 예측하였다. 이러한 결과에 비추어 223개 중 50%에 해당하는 개체에서는 AtU6P-NbPDS-gRNA가 없어 gRNA가 발현되지 않아 유전자 편집이 되지 않을 것으로 예상하였다.In view of the results obtained in Example 3, the Cas9/23-1 and gRNA-1 hybrid seeds will exist as a heterotype inserted into one of the tobacco genomic DNA strands in all of the hybrid seeds as described in the individual. On the other hand, AtU6P-NbPDS-gRNA was predicted to exist as a heterotype in only 50% of the hybrids and not in the rest. In view of these results, 50% of the 223 individuals did not have AtU6P-NbPDS-gRNA, so gRNA was not expressed, so it was expected that gene editing would not be possible.

분석결과, 파종 5일 후 목표 유전자가 편집된 개체(잎의 엽록소 결핍)는 81개체, 편집되어 나타나는 증상(잎의 엽록소 정상)을 보이지 않는 개체는 142개체로 확인되었다(도 5). As a result of the analysis, it was confirmed that the target gene was edited 5 days after sowing (leaf chlorophyll deficiency) 81 individuals, and the edited symptoms (leaf chlorophyll normal) did not show 142 individuals (Fig. 5).

편집되어 나타나는 증상을 보이지 않는 142개체 가운데 111.5개(50%) 내외는 AtU6P-NbPDS-gRNA가 없어 편집이 안 된 것으로 볼 수 있다. 나머지 약 31개체는 pHAtC와 AtU6P-NbPDS-gRNA 가 헤테로 상태로 다 있음에도 불구하고 유전자 편집이 안 된 것으로 판단하였다. Among the 142 specimens that did not show symptoms that were edited, around 111.5 (50%) were not edited due to the lack of AtU6P-NbPDS-gRNA. The remaining about 31 individuals were judged to have not been edited, even though both pHAtC and AtU6P-NbPDS-gRNA were in a hetero state.

이와 함께 파종 1달 후 관찰 결과 편집된 개체로 확인되었던 81개체 중에서 54개체가 새로 나타나는 잎에서 유전자 편집이 회복되어 나타나는 것으로 확인 되었으며, 이들 가운데 27개체는 새로 나오는 잎도 유전자 편집 효과가 유지되었다(도 6). In addition, as a result of observation 1 month after sowing, it was confirmed that out of 81 individuals that were identified as edited individuals, 54 of them recovered gene editing in newly appearing leaves, and among these, 27 of them maintained the gene editing effect of new leaves ( Fig. 6).

또한 담배 식물체가 자라면서 파종 1달 째 편집이 유지되던 27개체 중에서도 새로 나오는 잎의 유전자가 지속적으로 유전자가 편집된 잎(엽록소 결핍, 도 7A)과 일정 시기 이후 유전자가 편집되지 않은 정상 잎이 새로 자라는 것을 확인하였다(도 7B).In addition, among the 27 individuals whose editing was maintained for the first month of sowing as the tobacco plant was grown, the leaves of which the genes of the new leaves were continuously edited (chlorophyll deficiency, Fig. 7A) and the normal leaves whose genes were not edited after a certain period were newly It was confirmed that it grows (Fig. 7B).

이상의 결과에서 떡잎에서 식물체 편집되어 표현형을 보이고 생장에 따라 새로 나오는 잎에서 계속 유전자 편집 효과가 유지되는 것을 항시적 편집, 떡잎에서 식물체 편집되어 표현형을 보였으나 식물체 생장에 따라 새로 나오는 잎에서는 유전자 편집이 되지 않는 것(회복)을 한시적 편집이 나타남을 확인하였다. From the above results, it was shown that the plant was edited on the cotyledon to show a phenotype, and that the effect of gene editing was maintained in the new leaves according to growth, and the phenotype was shown by editing the plant in the cotyledon. It was confirmed that the temporary editing of the things that did not happen (recovery) appeared.

한편, CRISPR/Cas9과 NbPDS-gRNA 개별 발현 식물체 교배에 의한 교잡세대의 유전자편집 효과가 지속적으로 유지되거나 생장하면서 회복이 되는 원인으로는 형질전환 후 식물체의 종류와 부위마다 발현이 다르게 나타나기 때문이라고 판단하였다. On the other hand, it is judged that the cause of the gene editing effect of the hybrid generation by crossing the CRISPR/Cas9 and NbPDS-gRNA individually expressing plants is continuously maintained or recovered while growing, because the expression appears different for each type and part of the plant after transformation. I did.

유전형이나 표현형 분석을 통해 유전자 편집이 유지되는 개체를 선별하여 자가교배하여 여러 세대를 진전 후 세대를 고정하면 항시적으로 유전자가 편집된 개체를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.By selecting individuals with gene editing maintained through genotyping or phenotypic analysis and self-crossing to advance several generations and fixing the generations, it is believed that individuals with genetic edits can be obtained at all times.

또한, 이러한 상기의 유전자 교정 개체를 형질전환이 어려운 식물품종과 교배하면 형질전환이 어려운 식물 품종에서 목표 유전자를 항시적으로 편집할 수 있다.In addition, when these genetically modified individuals are crossed with a plant variety that is difficult to transform, the target gene can be constantly edited in a plant variety that is difficult to transform.

<110> REPUBLIC OF KOREA(MANAGEMENT : RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> Gene editing method using transgenic plants expressing CRISPR/Cas9 and gRNA, respectively <130> DP20200277 <150> KR 10-2019-0121603 <151> 2019-10-01 <160> 11 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 4143 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Cas9 gene <400> 1 atggacaaga agtacagcat cggcctggac atcggtacca acagcgtggg ctgggccgtg 60 atcaccgacg agtacaaggt gcccagcaag aagttcaagg tgctgggcaa caccgaccgc 120 cacagcatca agaagaacct gatcggcgcc ctgctgttcg acagcggcga gaccgccgag 180 gccacccgcc tgaagcgcac cgcccgccgc cgctacaccc gccgcaagaa ccgcatctgc 240 tacctgcagg agatcttcag caacgagatg gccaaggtgg acgacagctt cttccaccgc 300 ctggaggaga gcttcctggt ggaggaggac aagaagcacg agcgccaccc catcttcggc 360 aacatcgtgg acgaggtggc ctaccacgag aagtacccca ccatctacca tctgcgcaag 420 aagctggtgg acagcaccga caaggccgac ctgcgcctga tctacctggc cctggcccac 480 atgatcaagt tccgcggcca cttcctgatc gagggcgacc tgaaccccga caacagcgac 540 gtggacaagc tgttcatcca gctggtgcag acctacaacc agctgttcga ggagaacccc 600 atcaacgcca gcggcgtgga cgccaaggcc atcctgagcg cccgcctgag caagagccgc 660 cgcctggaga acctgatcgc ccagctgccc ggcgagaaga agaacggcct gttcggcaac 720 ctgatcgccc tgagcctggg cctgaccccc aacttcaaga gcaacttcga cctggccgag 780 gacgccaagc tgcagctgag caaggacacc tacgacgacg acctggacaa cctgctggcc 840 cagatcggcg accagtacgc cgacctgttc ctggccgcca agaacctgag cgacgccatc 900 ctgctgagcg acatcctgcg cgtgaacacc gagatcacca aggcccccct gagcgccagc 960 atgatcaagc gctacgacga gcaccaccag gacctgaccc tgctgaaggc cctggtgcgc 1020 cagcagctgc ccgagaagta caaggagatc ttcttcgacc agagcaagaa cggctacgcc 1080 ggctacatcg acggcggcgc cagccaggag gagttctaca agttcatcaa gcccatcctg 1140 gagaagatgg acggcaccga ggagctgctg gtgaagctga accgcgagga cctgctgcgc 1200 aagcagcgca ccttcgacaa cggcagcatc ccccaccaga tccacctggg cgagctgcac 1260 gccatcctgc gccgccagga ggacttctac cccttcctga aggacaaccg cgagaagatc 1320 gagaagatcc tgaccttccg catcccctac tacgtgggcc ccctggcccg cggcaacagc 1380 cgcttcgcct ggatgacccg caagagcgag gagaccatca ccccctggaa cttcgaggag 1440 gtggtggaca agggcgccag cgcccagagc ttcatcgagc gcatgaccaa cttcgacaag 1500 aacctgccca acgagaaggt gctgcccaag cacagcctgc tgtacgagta cttcaccgtg 1560 tacaacgagc tgaccaaggt gaagtacgtg accgagggca tgcgcaagcc cgccttcctg 1620 agcggcgagc agaagaaggc catcgtggac ctgctgttca agaccaaccg caaggtgacc 1680 gtgaagcagc tgaaggagga ctacttcaag aagatcgagt gcttcgacag cgtggagatc 1740 agcggcgtgg aggaccgctt caacgccagc ctgggcacct accacgacct gctgaagatc 1800 atcaaggaca aggacttcct ggacaacgag gagaacgagg acatcctgga ggacatcgtg 1860 ctgaccctga ccctgttcga ggaccgcgag atgatcgagg agcgcctgaa gacctacgcc 1920 cacctgttcg acgacaaggt gatgaagcag ctgaagcgcc gccgctacac cggctggggc 1980 cgcctgagcc gcaagcttat caacggcatc cgcgacaagc agagcggcaa gaccatcctg 2040 gacttcctga agagcgacgg cttcgccaac cgcaacttca tgcagctgat ccacgacgac 2100 agcctgacct tcaaggagga catccagaag gcccaggtga gcggccaggg cgacagcctg 2160 cacgagcaca tcgccaacct ggccggcagc cccgccatca agaagggcat cctgcagacc 2220 gtgaaggtgg tggacgagct ggtgaaggtg 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ccctggcccg cggcaacagc 1380 cgcttcgcct ggatgacccg caagagcgag gagaccatca ccccctggaa cttcgaggag 1440 gtggtggaca agggcgccag cgcccagagc ttcatcgagc gcatgaccaa cttcgacaag 1500 aacctgccca acgagaaggt gctgcccaag cacagcctgc tgtacgagta cttcaccgtg 1560 tacaacgagc tgaccaaggt gaagtacgtg accgagggca tgcgcaagcc cgccttcctg 1620 agcggcgagc agaagaaggc catcgtggac ctgctgttca agaccaaccg caaggtgacc 1680 gtgaagcagc tgaaggagga ctacttcaag aagatcgagt gcttcgacag cgtggagatc 1740 agcggcgtgg aggaccgctt caacgccagc ctgggcacct accacgacct gctgaagatc 1800 atcaaggaca aggacttcct ggacaacgag gagaacgagg acatcctgga ggacatcgtg 1860 ctgaccctga ccctgttcga ggaccgcgag atgatcgagg agcgcctgaa gacctacgcc 1920 cacctgttcg acgacaaggt gatgaagcag ctgaagcgcc gccgctacac cggctggggc 1980 cgcctgagcc gcaagcttat caacggcatc cgcgacaagc agagcggcaa gaccatcctg 2040 gacttcctga agagcgacgg cttcgccaac cgcaacttca tgcagctgat ccacgacgac 2100 agcctgacct tcaaggagga catccagaag gcccaggtga gcggccaggg cgacagcctg 2160 cacgagcaca tcgccaacct ggccggcagc cccgccatca agaagggcat cctgcagacc 2220 gtgaaggtgg tggacgagct ggtgaaggtg atgggccgcc acaagcccga gaacatcgtg 2280 atcgagatgg cccgcgagaa ccagaccacc cagaagggcc agaagaacag ccgcgagcgc 2340 atgaagcgca tcgaggaggg catcaaggag ctgggcagcc agatcctgaa ggagcacccc 2400 gtggagaaca cccagctgca gaacgagaag ctgtacctgt actacctgca gaacggccgc 2460 gacatgtacg tggaccagga gctggacatc aaccgcctga gcgactacga cgtggaccac 2520 atcgtgcccc agagcttcct gaaggacgac agcatcgaca acaaggtgct gacccgcagc 2580 gacaagaacc gcggcaagag cgacaacgtg cccagcgagg aggtggtgaa gaagatgaag 2640 aactactggc gccagctgct gaacgccaag ctgatcaccc agcgcaagtt cgacaacctg 2700 accaaggccg agcgcggcgg cctgagcgag ctggacaagg ccggcttcat caagcgccag 2760 ctggtggaga cccgccagat caccaagcac gtggcccaga tcctggacag ccgcatgaac 2820 accaagtacg acgagaacga caagctgatc cgcgaggtga aggtgatcac cctgaagagc 2880 aagctggtga gcgacttccg caaggacttc cagttctaca aggtgcgcga gatcaacaac 2940 taccaccacg cccacgacgc ctacctgaac gccgtggtgg gcaccgccct gatcaagaag 3000 taccccaagc tggagagcga gttcgtgtac ggcgactaca 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acaacaagca ccgcgacaag 3900 cccatccgcg agcaggccga gaacatcatc cacctgttca ccctgaccaa cctgggcgcc 3960 cccgccgcct tcaagtactt cgacaccacc atcgaccgca agcgctacac cagcaccaag 4020 gaggtgctgg acgccaccct gatccaccag agcatcaccg gtctgtacga gacccgcatc 4080 gacctgagcc agctgggcgg cgacggcggc tccggacctc caaagaaaaa gagaaaagta 4140 taa 4143 <210> 2 <211> 1379 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Cas9 protein <400> 2 Asp Lys Lys Tyr Ser Ile Gly Leu Asp Ile Gly Thr Asn Ser Val Gly 1 5 10 15 Trp Ala Val Ile Thr Asp Glu Tyr Lys Val Pro Ser Lys Lys Phe Lys 20 25 30 Val Leu Gly Asn Thr Asp Arg His Ser Ile Lys Lys Asn Leu Ile Gly 35 40 45 Ala Leu Leu Phe Asp Ser Gly Glu Thr Ala Glu Ala Thr Arg Leu Lys 50 55 60 Arg Thr Ala Arg Arg Arg Tyr Thr Arg Arg Lys Asn Arg Ile Cys Tyr 65 70 75 80 Leu Gln Glu Ile Phe Ser Asn Glu Met Ala Lys Val Asp Asp Ser Phe 85 90 95 Phe His Arg Leu Glu Glu Ser Phe Leu Val Glu Glu Asp Lys Lys His 100 105 110 Glu Arg His Pro Ile Phe Gly Asn Ile Val Asp Glu Val Ala Tyr His 115 120 125 Glu Lys Tyr Pro Thr Ile Tyr His Leu Arg Lys Lys Leu Val Asp Ser 130 135 140 Thr Asp Lys Ala Asp Leu Arg Leu Ile Tyr Leu Ala Leu Ala His Met 145 150 155 160 Ile Lys Phe Arg Gly His Phe Leu Ile Glu Gly Asp Leu Asn Pro Asp 165 170 175 Asn Ser Asp Val Asp Lys Leu Phe Ile Gln Leu Val Gln Thr Tyr Asn 180 185 190 Gln Leu Phe Glu Glu Asn Pro Ile Asn Ala Ser Gly Val Asp Ala Lys 195 200 205 Ala Ile Leu Ser Ala Arg Leu Ser Lys Ser Arg Arg Leu Glu Asn Leu 210 215 220 Ile Ala Gln Leu Pro Gly Glu Lys Lys Asn Gly Leu Phe Gly Asn Leu 225 230 235 240 Ile Ala Leu Ser Leu Gly Leu Thr Pro Asn Phe Lys Ser Asn Phe Asp 245 250 255 Leu Ala Glu Asp Ala Lys Leu Gln Leu Ser Lys Asp Thr Tyr Asp Asp 260 265 270 Asp Leu Asp Asn Leu Leu Ala Gln Ile Gly Asp Gln Tyr Ala Asp Leu 275 280 285 Phe Leu Ala Ala Lys Asn Leu Ser Asp Ala Ile Leu Leu Ser Asp Ile 290 295 300 Leu Arg Val Asn Thr Glu Ile Thr Lys Ala Pro Leu Ser Ala Ser Met 305 310 315 320 Ile Lys Arg Tyr Asp Glu His His Gln Asp Leu Thr Leu Leu Lys Ala 325 330 335 Leu Val Arg Gln Gln Leu Pro Glu Lys Tyr Lys Glu Ile Phe Phe Asp 340 345 350 Gln Ser Lys Asn Gly Tyr Ala Gly Tyr Ile Asp Gly Gly Ala Ser Gln 355 360 365 Glu Glu Phe Tyr Lys Phe Ile Lys Pro Ile Leu Glu Lys Met Asp Gly 370 375 380 Thr Glu Glu Leu Leu Val Lys Leu Asn Arg Glu Asp Leu Leu Arg Lys 385 390 395 400 Gln Arg Thr Phe Asp Asn Gly Ser Ile Pro His Gln Ile His Leu Gly 405 410 415 Glu Leu His Ala Ile Leu Arg Arg Gln Glu Asp Phe Tyr Pro Phe Leu 420 425 430 Lys Asp Asn Arg Glu Lys Ile Glu Lys Ile Leu Thr Phe Arg Ile Pro 435 440 445 Tyr Tyr Val Gly Pro Leu Ala Arg Gly Asn Ser Arg Phe Ala Trp Met 450 455 460 Thr Arg Lys Ser Glu Glu Thr Ile Thr Pro Trp Asn Phe Glu Glu Val 465 470 475 480 Val Asp Lys Gly Ala Ser Ala Gln Ser Phe Ile Glu Arg Met Thr Asn 485 490 495 Phe Asp Lys Asn Leu Pro Asn Glu Lys Val Leu Pro Lys His Ser Leu 500 505 510 Leu Tyr Glu Tyr Phe Thr Val Tyr Asn Glu Leu Thr Lys Val Lys Tyr 515 520 525 Val Thr Glu Gly Met Arg Lys Pro Ala Phe Leu Ser Gly Glu Gln Lys 530 535 540 Lys Ala Ile Val Asp Leu Leu Phe Lys Thr Asn Arg Lys Val Thr Val 545 550 555 560 Lys Gln Leu Lys Glu Asp Tyr Phe Lys Lys Ile Glu Cys Phe Asp Ser 565 570 575 Val Glu Ile Ser Gly Val Glu Asp Arg Phe Asn Ala Ser Leu Gly Thr 580 585 590 Tyr His Asp Leu Leu Lys Ile Ile Lys Asp Lys Asp Phe Leu Asp Asn 595 600 605 Glu Glu Asn Glu Asp Ile Leu Glu Asp Ile Val Leu Thr Leu Thr Leu 610 615 620 Phe Glu Asp Arg Glu Met Ile Glu Glu Arg Leu Lys Thr Tyr Ala His 625 630 635 640 Leu Phe Asp Asp Lys Val Met Lys Gln Leu Lys Arg Arg Arg Tyr Thr 645 650 655 Gly Trp Gly Arg Leu Ser Arg Lys Leu Ile Asn Gly Ile Arg Asp Lys 660 665 670 Gln Ser Gly Lys Thr Ile Leu Asp Phe Leu Lys Ser Asp Gly Phe Ala 675 680 685 Asn Arg Asn Phe Met Gln Leu Ile His Asp Asp Ser Leu Thr Phe Lys 690 695 700 Glu Asp Ile Gln Lys Ala Gln Val Ser Gly Gln Gly Asp Ser Leu His 705 710 715 720 Glu His Ile Ala Asn Leu Ala Gly Ser Pro Ala Ile Lys Lys Gly Ile 725 730 735 Leu Gln Thr Val Lys Val Val Asp Glu Leu Val Lys Val Met Gly Arg 740 745 750 His Lys Pro Glu Asn Ile Val Ile Glu Met Ala Arg Glu Asn Gln Thr 755 760 765 Thr Gln Lys Gly Gln Lys Asn Ser Arg Glu Arg Met Lys Arg Ile Glu 770 775 780 Glu Gly Ile Lys Glu Leu Gly Ser Gln Ile Leu Lys Glu His Pro Val 785 790 795 800 Glu Asn Thr Gln Leu Gln Asn Glu Lys Leu Tyr Leu Tyr Tyr Leu Gln 805 810 815 Asn Gly Arg Asp Met Tyr Val Asp Gln Glu Leu Asp Ile Asn Arg Leu 820 825 830 Ser Asp Tyr Asp Val Asp His Ile Val Pro Gln Ser Phe Leu Lys Asp 835 840 845 Asp Ser Ile Asp Asn Lys Val Leu Thr Arg Ser Asp Lys Asn Arg Gly 850 855 860 Lys Ser Asp Asn Val Pro Ser Glu Glu Val Val Lys Lys Met Lys Asn 865 870 875 880 Tyr Trp Arg Gln Leu Leu Asn Ala Lys Leu Ile Thr Gln Arg Lys Phe 885 890 895 Asp Asn Leu Thr Lys Ala Glu Arg Gly Gly Leu Ser Glu Leu Asp Lys 900 905 910 Ala Gly Phe Ile Lys Arg Gln Leu Val Glu Thr Arg Gln Ile Thr Lys 915 920 925 His Val Ala Gln Ile Leu Asp Ser Arg Met Asn Thr Lys Tyr Asp Glu 930 935 940 Asn Asp Lys Leu Ile Arg Glu Val Lys Val Ile Thr Leu Lys Ser Lys 945 950 955 960 Leu Val Ser Asp Phe Arg Lys Asp Phe Gln Phe Tyr Lys Val Arg Glu 965 970 975 Ile Asn Asn Tyr His His Ala His Asp Ala Tyr Leu Asn Ala Val Val 980 985 990 Gly Thr Ala Leu Ile Lys Lys Tyr Pro Lys Leu Glu Ser Glu Phe Val 995 1000 1005 Tyr Gly Asp Tyr Lys Val Tyr Asp Val Arg Lys Met Ile Ala Lys Ser 1010 1015 1020 Glu Gln Glu Ile Gly Lys Ala Thr Ala Lys Tyr Phe Phe Tyr Ser Asn 1025 1030 1035 1040 Ile Met Asn Phe Phe Lys Thr Glu Ile Thr Leu Ala Asn Gly Glu Ile 1045 1050 1055 Arg Lys Arg Pro Leu Ile Glu Thr Asn Gly Glu Thr Gly Glu Ile Val 1060 1065 1070 Trp Asp Lys Gly Arg Asp Phe Ala Thr Val Arg Lys Val Leu Ser Met 1075 1080 1085 Pro Gln Val Asn Ile Val Lys Lys Thr Glu Val Gln Thr Gly Gly Phe 1090 1095 1100 Ser Lys Glu Ser Ile Leu Pro Lys Arg Asn Ser Asp Lys Leu Ile Ala 1105 1110 1115 1120 Arg Lys Lys Asp Trp Asp Pro Lys Lys Tyr Gly Gly Phe Asp Ser Pro 1125 1130 1135 Thr Val Ala Tyr Ser Val Leu Val Val Ala Lys Val Glu Lys Gly Lys 1140 1145 1150 Ser Lys Lys Leu Lys Ser Val Lys Glu Leu Leu Gly Ile Thr Ile Met 1155 1160 1165 Glu Arg Ser Ser Phe Glu Lys Asn Pro Ile Asp Phe Leu Glu Ala Lys 1170 1175 1180 Gly Tyr Lys Glu Val Lys Lys Asp Leu Ile Ile Lys Leu Pro Lys Tyr 1185 1190 1195 1200 Ser Leu Phe Glu Leu Glu Asn Gly Arg Lys Arg Met Leu Ala Ser Ala 1205 1210 1215 Gly Glu Leu Gln Lys Gly Asn Glu Leu Ala Leu Pro Ser Lys Tyr Val 1220 1225 1230 Asn Phe Leu Tyr Leu Ala Ser His Tyr Glu Lys Leu Lys Gly Ser Pro 1235 1240 1245 Glu Asp Asn Glu Gln Lys Gln Leu Phe Val Glu Gln His Lys His Tyr 1250 1255 1260 Leu Asp Glu Ile Ile Glu Gln Ile Ser Glu Phe Ser Lys Arg Val Ile 1265 1270 1275 1280 Leu Ala Asp Ala Asn Leu Asp Lys Val Leu Ser Ala Tyr Asn Lys His 1285 1290 1295 Arg Asp Lys Pro Ile Arg Glu Gln Ala Glu Asn Ile Ile His Leu Phe 1300 1305 1310 Thr Leu Thr Asn Leu Gly Ala Pro Ala Ala Phe Lys Tyr Phe Asp Thr 1315 1320 1325 Thr Ile Asp Arg Lys Arg Tyr Thr Ser Thr Lys Glu Val Leu Asp Ala 1330 1335 1340 Thr Leu Ile His Gln Ser Ile Thr Gly Leu Tyr Glu Thr Arg Ile Asp 1345 1350 1355 1360 Leu Ser Gln Leu Gly Gly Asp Gly Gly Ser Gly Pro Pro Lys Lys Lys 1365 1370 1375 Arg Lys Val <210> 3 <211> 1761 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NbPDS gene <400> 3 atgccccaaa ttggacttgt ttctgccgtt aatttgagag tccaaggtaa ttcagcttat 60 ctttggagct cgaggtcttc gttgggaact gaaagtcaag atgtttgctt gcaaaggaat 120 ttgttatgtt ttggtagtag cgactccatg gggcataagt taaggattcg tactccaagt 180 gccacgaccc gaagattgac aaaggacttt aatcctttaa aggtagtctg cattgattat 240 ccaagaccag agctagacaa tacagttaac tatttggagg cggcgttatt atcatcatcg 300 tttcgtactt cctcacgccc aactaaacca ttggagattg ttattgctgg tgcaggtttg 360 ggtggtttgt ctacagcaaa atatctggca gatgctggtc acaaaccgat attgctggag 420 gcaagagatg tcctaggtgg gaaggtagct gcatggaaag atgatgatgg agattggtac 480 gagactgggt tgcacatatt ctttggggct tacccaaata tgcagaacct gtttggagaa 540 ctagggattg atgatcggtt gcagtggaag gaacattcaa tgatatttgc gatgcctaac 600 aagccagggg agttcagccg ctttgatttt cctgaagctc ttcctgcgcc attaaatgga 660 attttggcca tactaaagaa caacgaaatg cttacgtggc ccgagaaagt caaatttgct 720 attggactct tgccagcaat gcttggaggg caatcttatg ttgaagctca agacggttta 780 agtgttaagg actggatgag aaagcaaggt gtgcctgata gggtgacaga tgaggtgttc 840 attgccatgt caaaggcact taacttcata aaccctgacg agctttcgat gcagtgcatt 900 ttgattgctt tgaacagatt tcttcaggag aaacatggtt caaaaatggc ctttttagat 960 ggtaaccctc ctgagagact ttgcatgccg attgtggaac atattgagtc aaaaggtggc 1020 caagtcagac taaactcacg aataaaaaag atcgagctga atgaggatgg aagtgtcaaa 1080 tgttttatac tgaataatgg cagtacaatt aaaggagatg cttttgtgtt tgccactcca 1140 gtggatatct tgaagcttct tttgcctgaa gactggaaag agatcccata tttccaaaag 1200 ttggagaagc tagtgggagt tcctgtgata aatgtccata tatggtttga cagaaaactg 1260 aagaacacat ctgataatct gctcttcagc agaagcccgt tgctcagtgt gtacgctgac 1320 atgtctgtta catgtaagga atattacaac cccaatcagt ctatgttgga attggtattt 1380 gcacccgcag aagagtggat aaatcgtagt gactcagaaa ttattgatgc tacaatgaag 1440 gaactagcga agcttttccc tgatgaaatt tcggcagatc agagcaaagc aaaaatattg 1500 aagtatcatg ttgtcaaaac cccaaggtct gtttataaaa ctgtgccagg ttgtgaaccc 1560 tgtcggccct tgcaaagatc ccctatagag ggtttttatt tagctggtga ctacacgaaa 1620 cagaagtact tggcttcaat ggaaggtgct gtcttatcag gaaagctttg tgccgaagct 1680 attgtacagg attacgagtt acttcttggc cggagccaga agatgttggc agaagcaagc 1740 gtagttagca tagtgaacta a 1761 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Cas9-2F <400> 4 aagctgccta agtactccct 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Cas9-2R <400> 5 aggtagtgct tgtgctgttc 20 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hptII-2F <400> 6 cataacagcg gtcattgact g 21 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> nos-R <400> 7 ttgcgcgcta tattttgttt 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> nosT-F <400> 8 tgaatcctgt tgccggtctt 20 <210> 9 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CRISPR-uni-R <400> 9 agcgtaatgc caactttgta c 21 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NbPDS-gRNA-F <400> 10 gccgttaatt tgagagtcca 20 <210> 11 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gRNA Scaffold-R <400> 11 aaaagcaccg actcggtg 18

Claims (9)

Cas9 발현 식물체와 gRNA 발현 식물체를 교배하여 후대를 제조하는 단계를 포함하는, 식물체의 목표 유전자 편집방법. A method for editing a target gene of a plant comprising the step of crossing a Cas9-expressing plant and a gRNA-expressing plant to produce a progeny. 제 1항에 있어서,
상기 후대는 한시적 또는 항시적 유전자 편집개체인 것인, 식물체의 목표 유전자 편집방법.
The method of claim 1,
The progeny is a temporary or constitutive gene editing individual, the target gene editing method of the plant.
제 1항에 있어서,
상기 후대를 형질전환이 어려운 식물품종과 교배하는 단계를 더 포함하는 것인, 식물체의 목표 유전자 편집방법.
The method of claim 1,
The method further comprising the step of crossing the progeny with a plant variety that is difficult to transform.
제 3항에 있어서,
상기 형질전환이 어려운 식물 품종은 아그로박테리움을 이용한 형질전환 효율이 3% 이하인 것인, 식물체의 목표 유전자 편집방법.
The method of claim 3,
The plant variety that is difficult to transform is that the transformation efficiency using Agrobacterium is 3% or less, the target gene editing method of the plant.
제 4항에 있어서,
상기 식물은 벼, 밀, 보리, 옥수수, 콩, 감자, 밀, 팥, 귀리 또는 수수를 포함하는 식량 작물류; 애기장대, 배추, 무, 고추, 딸기, 토마토, 수박, 오이, 양배추, 참외, 호박, 파, 양파 또는 당근을 포함하는 채소 작물류; 인삼, 담배, 목화, 참깨, 사탕수수, 사탕무우, 들깨, 땅콩 또는 유채를 포함하는 특용 작물류; 사과나무, 배나무, 대추나무, 복숭아, 양다래, 포도, 감귤, 감, 자두, 살구 또는 바나나를 포함하는 과수류; 장미, 글라디올러스, 거베라, 카네이션, 국화, 백합 또는 튤립을 포함하는 화훼류; 및 라이그라스, 레드클로버, 오차드그라스, 알파알파, 톨페스큐 또는 페레니얼라이그라스를 포함하는 사료 작물류로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 작물인 것인, 식물체의 목표 유전자 편집방법.
The method of claim 4,
The plants include rice, wheat, barley, corn, beans, potatoes, wheat, red beans, food crops including oats or sorghum; Vegetable crops including Arabidopsis, Chinese cabbage, radish, pepper, strawberry, tomato, watermelon, cucumber, cabbage, melon, pumpkin, green onion, onion or carrot; Specialty crops including ginseng, tobacco, cotton, sesame, sugar cane, sugar beet, perilla, peanut or rapeseed; Fruit trees including apple tree, pear tree, jujube tree, peach, poplar, grape, tangerine, persimmon, plum, apricot or banana; Flowers including roses, gladiolus, gerberas, carnations, chrysanthemums, lilies or tulips; And any one crop selected from the group consisting of feed crops including ryegrass, red clover, orchardgrass, alpha alpha, tall fescue, or perennial ryegrass.
제 5항에 있어서,
상기 벼는 인디카 계통 벼 품종을 포함하며, 상기 고추는 매운 고추 및 피망 품종을 포함하고, 상기 옥수수 품종은 단옥2호, 금단옥, 초당옥1호, 감미옥, 구슬옥, 고당옥, 백금옥, 광평옥, 청안옥, 장다옥, 강다옥, 다평옥, 청다옥, 고당옥1호, 찰옥1호, 두메찰, 연농1호, 광안옥, 흑점찰,일미찰, 골드찰, 아리찰, 아미찰, 다미찰, 황찰옥, 하얀찰 및 흑진주찰 품종을 포함하며, 상기 밀은 황금, 아리흑, 오프리, 금강, 백강, 조경 및 올그루 품종을 포함하는 것인,
식물체의 목표 유전자 편집방법.
The method of claim 5,
The rice includes Indica-based rice varieties, and the pepper includes hot pepper and green pepper varieties, and the corn varieties include Danok No.2, Geumdanok, Chodangok No.1, Gammiok, Kobeok, Godangok, Platinumok, Gwangpyeong Jade, Cheonganok, Jangdaok, Gangdaok, Dapyeongok, Cheongdaok, Godangok No.1, Chalkok No.1, Dumechal, Yeonnong No.1, Gwanganok, Heukspot, Ilmichal, Goldchal, Arichal, Amichal, Damichal, Hwangchalok, White Chalk and Heukjinjuchal varieties, and the wheat includes gold, Ariheuk, Opry, Geumgang, Baekgang, Landscaping and all-tree varieties
A method of editing target genes in plants.
제1항에 있어서,
상기 유전자 편집은 상기 목표 유전자의 뉴클레오타이드가 결실, 역위, 치환 또는 삽입되는 것인, 식물체의 목표 유전자 편집방법.
The method of claim 1,
In the gene editing, the nucleotide of the target gene is deleted, inverted, substituted or inserted.
제1항에서,
상기 목표 유전자는 병저항성 유전자; 농업형질에 관여하는 유전자; 침수, 가뭄, 추위 또는 염 저항성을 포함하는 환경 스트레스에 관여하는 유전자; 질소대사 관련 유전자; 기능성 물질 대사에 관여하는 유전자; 매운 맛, 쓴 맛, 신 맛, 또는 단 맛 조절에 관여하는 유전자;로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 식물체의 목표 유전자 편집방법.
In claim 1,
The target gene is a disease resistance gene; Genes involved in agricultural traits; Genes involved in environmental stress, including immersion, drought, cold or salt resistance; Genes related to nitrogen metabolism; Genes involved in functional metabolism; Genes involved in the regulation of spicy, bitter, sour, or sweet taste; that is selected from the group consisting of, the target gene editing method of the plant.
제1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 편집방법에 의해 목표 유전자가 편집된 식물체.A plant in which the target gene has been edited by the editing method of any one of claims 1 to 8.
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