RU2772575C2 - Способ получения растения пшеницы с биаллельными мутациями в протомоторной области гена vrn-a1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 - Google Patents
Способ получения растения пшеницы с биаллельными мутациями в протомоторной области гена vrn-a1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772575C2 RU2772575C2 RU2020134986A RU2020134986A RU2772575C2 RU 2772575 C2 RU2772575 C2 RU 2772575C2 RU 2020134986 A RU2020134986 A RU 2020134986A RU 2020134986 A RU2020134986 A RU 2020134986A RU 2772575 C2 RU2772575 C2 RU 2772575C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vrn
- gene
- plant
- wheat
- nucleotide
- Prior art date
Links
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title claims abstract description 43
- 108700039691 Genetic Promoter Regions Proteins 0.000 title claims abstract description 33
- 230000035772 mutation Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 241000209140 Triticum Species 0.000 title claims abstract 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 title claims description 46
- 108091033409 CRISPR Proteins 0.000 title claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title description 6
- 101150038500 cas9 gene Proteins 0.000 title 1
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 51
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 51
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 claims description 17
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000009395 breeding Methods 0.000 claims description 2
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 108700028369 Alleles Proteins 0.000 description 46
- 244000098338 Triticum aestivum Species 0.000 description 31
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 19
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 19
- 230000009261 transgenic effect Effects 0.000 description 17
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 16
- 108020005004 Guide RNA Proteins 0.000 description 14
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 13
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 13
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 13
- 241000209510 Liliopsida Species 0.000 description 8
- 101100210164 Arabidopsis thaliana VRN1 gene Proteins 0.000 description 7
- 238000010362 genome editing Methods 0.000 description 6
- 238000003205 genotyping method Methods 0.000 description 6
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 description 5
- 238000010354 CRISPR gene editing Methods 0.000 description 5
- 230000010153 self-pollination Effects 0.000 description 5
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 5
- 238000010222 PCR analysis Methods 0.000 description 4
- 108700008625 Reporter Genes Proteins 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 101150035234 VRN1 gene Proteins 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000007480 sanger sequencing Methods 0.000 description 3
- 101710163270 Nuclease Proteins 0.000 description 2
- 208000020584 Polyploidy Diseases 0.000 description 2
- 108091023040 Transcription factor Proteins 0.000 description 2
- 102000040945 Transcription factor Human genes 0.000 description 2
- 101150063416 add gene Proteins 0.000 description 2
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 2
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 230000001850 reproductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 101100210165 Arabidopsis thaliana VRN2 gene Proteins 0.000 description 1
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 1
- 108700029231 Developmental Genes Proteins 0.000 description 1
- 244000077283 Distichlis palmeri Species 0.000 description 1
- 102100035102 E3 ubiquitin-protein ligase MYCBP2 Human genes 0.000 description 1
- 108091081062 Repeated sequence (DNA) Proteins 0.000 description 1
- 241001329985 Triticeae Species 0.000 description 1
- 235000007264 Triticum durum Nutrition 0.000 description 1
- 241000209143 Triticum turgidum subsp. durum Species 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 210000000349 chromosome Anatomy 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000408 embryogenic effect Effects 0.000 description 1
- 210000002257 embryonic structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000013604 expression vector Substances 0.000 description 1
- 230000005714 functional activity Effects 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 235000003869 genetically modified organism Nutrition 0.000 description 1
- 230000002363 herbicidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000004009 herbicide Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 125000003835 nucleoside group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000004019 vernalization response Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способу получения растения пшеницы с биаллельными мутациями в промоторной области гена VRN-A1. Также изобретение относится к растению пшеницы с биаллельными мутациями в промоторной области гена VRN-А1. Изобретение эффективно для упрощения процесса получения новых высокопродуктивных сортов, соответствующих современным требованиям. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретете относится к области биотехнологии и генной инженерии растений, а именно к способу получения однодольного растения при помощи технологии редактирования генома растений CRISPR/Cas9 путем целенаправленного воздействия на нуклестидную последовательность консервативного участка промоторной области гена VRN-1A однодольных зерновых культур системами редактирования генома CRISPR/Cas9, в которых используются молекулы РНК-проводника или сконструированный на его основе экспрессионный ДНК-вектор.
Предшествующий уровень техники
Время от посева до колошения имеет важное практическое значение для производителей пшеницы, поэтому значительные усилия селекционеров направлены на сокращение вегетационного периода у культурных сортов пшеницы.
Способность растений пшеницы переходить к репродуктивному развитию зависит от функционирования двух основных систем генов развития - VRN (vernalization - ответ на яровизацию) и PPD (photoperiodic - чувствительность к фотопериоду. У представителей Triticeae чувствительность к яровизации контролируется группой скоординировано функционирующих генов VRN1, VRN2 и VRN3. Важнейшая роль в регуляции ответа на яровизацию принадлежит гену VRN1, кодирующему MADS-box транскрипционный фактор (Trevaskis et al., 2007), который необходим для закладки и поддержания флоральной меристемы в точке роста побега пшеницы. У озимых форм потребность в яровизации связана с тем. что VRN1 гены находятся в рецессивном состоянии и их экспрессия блокирована до наступления периода воздействия пониженных температур. Для перехода озимой пшеницы к репродуктивному развитию необходимо, чтобы уровень транскрипта VRN1 достиг определенного порогового значения (Loukoianov et al. 2005). Отсутствие потребности в яровизации у яровых сортов связано с существенными изменениями нуклеотидной последовательности промотора или первого интрона гена VRN-A1 (Yan et al. 2004: Fu et al. 2005). Показано, что промотор генов VRN1 содержит консервативные цис-элементы (CArG-. VRN- и G-боксы), представляющие собой мишени для транскрипционных факторов, участвующих в ответе на яровизацию. Известен ряд нуклеотидных модификаций промотора VRN-A1 (Konopatskaia et al. 2016; Muterko et al. 2016) (Фиг. 1). Наиболее распространенный доминантный аллель Vrn-Ala отличается от рецессивного аллеля vrn-Al транспозонными вставками повторяющихся последовательностей в VRN-box участке промотора (Фиг. 1). Другие доминантные аллели содержат делеционные фрагменты разной протяженности в различных участках, таких как VRN-box (аллели Vrn-Alb, Vrn-Ald, Vrn-Ale), CArG-box (аллели Vrn-Ale), G-box (аллели Vrn-Alf), а также делеции размером 20 п. н. в участке между -136 и -157 п. н. (аллели Vrn-Alb, Vrn-Ald) или крупную делецию размером 50 п. н. в участке между -62 и -112 п. н. (аллели Vrn-Alf) (Фиг. 1). Помимо делеций, доминантные аллельные варианты Vrn-Alb, Vrn-Ald. Vrn-Ale также могут содержать единичные нуклеотидные замены в VRN-box участке промотора (Фиг. 1). Крупная делеция размером 50 п. н. в участке между -62 и -112 п. н. а также 8 п. н. нуклеотидная делеция в G-box была обнаружена только у аллеля Vrn-Alf яровых диких видов пшеницы секции Timopheevii (Фиг. 1), и не присутствует у представителей современных культурных видов мягкой и твердой пшеницы (Muterko et al. 2016).
Возможность контролировать сроки колошения путем точечного изменения аллелей VRN1 позволит упростить процесс получения новых высокопродуктивных сортов, соответствующих современным требованиям. Примечательно, что в настоящий момент не обнаружены какие либо природные яровые и озимые формы пшеницы с измененной последовательностью промотора VRN1 в области между -113 и -122 п. н., а также отсутствуют искусственные мутантные формы зерновых с модификациями промотора VRN1 в областях между -62 и -120 п. н. Получение растений, несущих новые (или аналогичные диким представителям) аллели генов VRN1, имеющих мутации в регуляторных областях гена на неизменном генетическом фоне, представляет собой техническую проблему, для решения которой необходимо расширение арсенала средств, доступных селекционерам. В качестве решения этой проблемы настоящее изобретение предлагает способ получения однодольного растения с измененной при помощи технологии редактирования генома растений CRISPR/Cas9 последовательностью промотора гена VRN1.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является разработка способа получения однодольного растения с биаллельными мутациями в промоторной области гена VRN-A1.
Для решения данной задачи предлагается способ, согласно которому получают конструкцию pgRNA-VRNA1#31, смешивают эту конструкцию с вектором, кодирующим последовательность Cas9, переносят эту смесь в клетки пшеницы с помощью генной пушки для внесения мутаций в промоторную область гена VRN-1A и проводят отбор растений-регенерантов с отредактированным геномом.
В другом аспекте настоящее изобретение также относится к однодольному растению #31-7, полученному этим способом.
Использование РНК-проводника, в составе экспрессионного вектора pgRNA-VRNA1#31 в описываемом примере, позволило одновременно внести мутации в целевую нуклеотидную последовательность консервативного участка промоторной области гена VRN-A1 мягкой пшеницы (вставка дополнительного нуклеотида в одном аллеле, делеция нуклеотида в другом аллеле), не затрагивая гомеологичные варианты гена VRN-1 других элементарных геномов, и в дальнейшем закрепить полученные мутации в последующем поколении нетрансгенных растений, несущих гомозиготные аллели.
Краткое описание чертежей
Фигура 1. Сравнительная характеристика нуклеотидной последовательности доминантных (Vrn) и рецессивных (vrn) аллелей гена VRN-A1, несущих мутации в области промотора, идентифицированных у видов и сортов полиплоидной пшеницы (согласно Konopatskaia et al. 2016; с модификациями).
Фигура 2. Генотипирование целевой нуклеотидной последовательности промоторной области VRN-A1 методом секвенирования по Сэнгеру. Представлены нуклеотидные последовательности аллелей в целевом фрагменте контрольного растения (WT) и растения пшеницы #31-7 с биаллельными изменениями в сравнении с WT, а именно вставкой одного дополнительного нуклеотида в одном аллеле, и делеции другого нуклеотида в другом аллеле. которые отмечены стрелкой.
Фигура 3. Генотипирование мутантных аллелей в промоторной области рецессивного гена VRN-A1 относительно целевой последовательности, являющейся мишенью для РНК-проводника vr-31. Представлена последовательность целевой мишени, которой комплементарна последовательность РНК-проводника (заглавные буквы) в которой указана РАМ последовательность и стрелкой указан предпочтительный сайт разрезания ДНК. Красным цветом выделена вставка дополнительного нуклеотида или делеция нуклеотида в каждом из аллелей у пшеницы #31 -7.
Фигура 4. Анализ возможных изменений нуклеотидной последовательности промоторной области генов VRN-1B и VRN-1D у растения пшеницы #31-7 с измененной последовательностью VRN-A1. Представлены результаты секвенирования по Сэнгеру в сравнении с референсными последовательностями (WT) промоторной области генов VRN-1B и VRN-1D, включая фрагмент имеющий сходство с последовательностью РНК-проводника vr-31, использующегося для редактирования генома.
Фигура 5. Характерные примеры генотипирования целевой нуклеотидной последовательности промоторной области VRN-A1 методом секвенирования по Сэнгеру в семенном поколении Т1 растения #31-7. Представлены нуклеотидные последовательности в сравнении с не мутатными аллелями (WT), в том числе би-алельное гетерозиготное растение Т1 с одновременной вставкой одного дополнительного нуклеотида в одном из аллелей и делецией другого нуклеотида в другом аллеле, би-алельное гомозиготного растение несущее две аллели VRN-A1 со вставкой дополнительного нуклеотида, и би-алельное гомозиготное растение несущее две аллели VRN-A1 с делецией одного нуклеотида. Изменения отмечены стрелкой. Указано общее число полученных растений.
Фигура 6. ПЦР анализ геномной ДНК растений семенного поколения Т1, полученных в результате естественного самоопыления первичного растения пшеницы #31 -7. Наличие искомых фрагментов последовательности РНК-проводника размером 96 п. н. (находится в составе кассеты экспрессии pgRNA-VRNA1#31) и фрагмента 606 п. н. характерного для репортерного гена gfp (находится в составе кассеты экспрессии одновременно несушей последовательности bar Cas9. и gfp) подтверждена у восьми образцов. На Фигуре 6. представлены агарозные гели, содержащие ПЦР-продукты праймеров специфичных для gfp и РНК-проводника, где М - маркер молекулярного веса; Р - ДНК плазмиды pGCB (положительный контроль для gfp) или pgRNA-VRNA1#31 (положительный контроль для РНК-проводника): К - нетрансгенное растение 'Chinese Spring' (отрицательный контроль), W - смесь без добавления ДНК, 1-13 -индивидуальные растения Т1. Результат ПЦР сопоставлен с результатами секвенирования фрагмента нуклеотидной последовательности промоторной области VRN-A1, где би - би-алельное гетерозиготное растение Т1 с одновременной вставкой одного дополнительного нуклеотида в одном из аллелей и делецией другого нуклеотида в другом аллеле, гом +1 -гомозиготного растение несущее две аплели VRN-A1 со вставкой дополнительного нуклеотида, гом -1 - гомозиготное растение несущее две аллели VRN-A1 с делецией нуклеотида.
Пример 1
Получение гетерозиготного трансгенного растения мягкой пшеницы #31-7 содержащего биаллельные мутации в обоих аллелях промоторной области гена VRN-A1 однодольных зерновых путем геномного редактирования с помощью РНК-проводника. Для получения индивидуального растений с отредактированным геномом требуется взаимодействие комплексов Саз9-РНК-проводник с геномной ДНК. Векторную конструкцию pgRNA-VRNA1#31, полученную на основе вектора pU6-gRNA (Addgene plasmid #53062; http://n2t.net/addgene:53062) и содержащую первую нуклеотидную последовательность SEQ ID NO: 1 и вторую нуклеотидную последовательность SEQ ID NO: 2, фланкирующую первую последовательность с 3'-конца, смешивали с вектором, кодирующим последовательность нуклеазы Cas9 содержащим ген-селективный маркер bar. и репортерный ген gfp, и переносили в клетки пшеницы с помощью генной пушки для внесения мутаций в промоторную область гена VRN-A1. В качестве эксплантов использовали эмбриогенные каллусы, инициированные из тканей незрелых зиготических зародышей пшеницы 'Chinese Spring' (Triticum aestivum L.). В результате генетической трансформации отобрали растение #31-1. демонстрирующее одновременно устойчивость к селективному гербициду и флуоресценцию репортерного гена GFP (оба гена содержатся в экспрессионной кассете совместно с последовательностью Cas9). Наличие вставок последовательностей «инструментов» геномного редактирования, а именно РНК-проводника, находящегося в составе вектора pgRNA-VRNA1#31, и последовательности нуклеазы Cas9 подтвердили ПЦР анализом тотальной ДНК, выделенной из #31-7. В геноме растения #31-7 присутствовала последовательность, кодирующая Cas9, и последовательность РНК-проводника (наблюдали амплификацию характерных фрагментов).
Одновременное наличие вставки и делении нуклеотидов в промоторной области гена VRN-A1 подтвердили путем генотипирования фрагмента включающего нуклеотидную последовательность, являющеюся мишенью РНК-проводника (Фиг. 2). Для этого фрагмент гена VRN-A1 амплифицировали с помощью праймеров CTGAATTCTGAAAGGAAAAATTCTGCTCG/ACTGGTACCGAAGGCGTATTGGGGAAC. ПЦР-продукты очищали набором GeneJET PCR Purification Kit (Thermo) и секвенировали с применением секвенирующего праймера TTACCATGACTCGGTGGAG. Дополнительно к этому, для подтверждения избирательности и точности разработанного РНК-проводника проводили анализ аналогичного участка промотора гомеологичнных VRN-1 генов присутствующих в элементарных геномах В и D пшеницы. Для этого предварительно секвенировали фрагмент промоторной области генов Vrn-B1 и Vrn-D1, полученный путем его амплификации с геномной ДНК пшеницы 'Chinese Spring' с использованием праймеров
CTGAATTCATAGTAGTATAAAAAGGACAATTG/CTGGTACCACCGAATCAACCAAACAGTG и CTGAATTCGTATAAAAGGAAAATTGTGCTCT/ACTGGTACCATCAACCAAACAGCCCCG, соответственно. Полученные фрагменты очищали набором GeneJET PCR Purification Kit (Thermo) и секвенировали с применением секвенирующего праймера TTACCATGACTCGGTGGAG. Сиквенсы фрагментов Vrn-A1, Vrn-B1 и Vrn-D1 трансгенных растений расшифровывали; последовательности раскладывали на аллели. В качестве контроля (референсная последовательность) использовали геномную ДНК пшеницы 'Chinese Spring' (Фиг. 2, Фиг. 4).
Генотиприровакие нуклеотидной последовательности показало наличие дополнительного нуклеотида а одном аллеле и нуклеотидной делении в другом аллеле в сравнении с немодифицированной последовательностью рецессивного гена VRN-A1, (Фиг. 2). Согласно генотипированию, растение #31-7 является гетерозиготным биаллельным, поскольку оба аллеля имеют мутации, при этом мутации отличаются. Эти изменения возникли в результате функциональной активности РНК-проводника vr-31, поскольку тзменения обнаружены в ожидаемом сайте расщепления молекулы ДНК комплексом Cas9-РНК-проводник (Фиг. 3). Анализ аналогичной нуклеотидной последовательности гомеологичных генов Vrn-B1 и Vrn-D1 подтвердил отсутствие каких-либо изменений (Фиг. 4). Таким образом, получено растение пшеницы, несущее отличающиеся биаллели нуклеотидной последовательности промотерной области гена VRN-A1 SEQ ID NO: 3 и SEQ ID NO: 4.
Пример 2
Получение трансгенного растения мягкой пшеницы #31-1 содержащего гомозиготные мутантные аллели с нуклеотидной вставкой или нуклеотидной делецией в промоторной области гена VRN-A1 однодольных зерновых.
В результате самоопыления первичного растения #31 -7, получение которого описано в Примере 1 (содержит одну мутантную аллель со вставкой дополнительного нуклеотида и другую аллель с делецией нуклеотида), получили семенное поколение Т1. Индивидуальные растения Т1 проанализировали на наследование мутантных аллелей и закрепление мутаций. Наследование нуклеотидных изменений в промоторной области гена VRN-A1 подтверждали путем секвенирования фрагмента нуклеотидной последовательности, являющеюся мишенью РНК-проводника, аналогично тому, как описано в Примере 1. Анализ потомства от самоопыления показал наличие трех типов наследования нуклеотидных изменений промоторной области гена VRN-A1 (Фиг. 5). Шесть из тринадцати проанализированных растений Т1 сохранили гетерозиготный характер наследования мутаций (присутствуют одновременно и вставка, и делеция в разных аллелях), аналогично первичному трансгенному растению #31-7 (Фиг. 5). Четыре из десяти проанализированных растений Т1 содержали одинаковые нуклеотидные вставки в обеих аллелях. Три растения Т1 содержали одинаковые нуклеотидные делении в обеих аллелях. Это подтверждено характерным хромотографическим распределением нуклеотидных пиков (Фиг. 5). Таким образом, получили как гомозиготное растения пшеницы, наследующие мутантные аллели с нуклеотидной вставкой, так и гомозиготное растения наследующие мутантные аллели с делецией нуклеотида в промоторной области гена VRN-A1 однодольных зерновых, привнесенные геномным редактированием.
Пример 3
Получение нетрансгенного растения мягкой пшеницы #31-7, содержащего гомозиготные мутантные аллели с нуклеотидными изменениями в промоторной области гена VRN-A1 однодольных зерновых.
Успешное применение технологий геномного редактирования в селекции пшеницы ограничивается тем. что в геноме первичного растения, полученного в результате переноса векторов, остаются последовательности кодирующие компоненты системы редактирования CRISPR/Cas9, из-за чего мутантные растения являются ГМО (Miroshnichenko et al. 2019). Пшеница является преимущественно самоопыляемым видом растений, размножающимся исключительно семенами. Благодаря этому, существует возможность «очищения» генома в последующих поколениях от функциональных трансггнных вставок, кодирующих компоненты систем редактирования при условии, что трансгенная вставка (кодирующая гидовую РНК и белок Cas9) и целевой ген-мишень находятся в различных хромосомах первичных мутантных растений. В дальнейшем, в результате самоопыления или скрещивания с нетрансгенным образцом в последующих поколениях (T1-Т3 или F1-F2) отбираются сеянцы, у которых при сохранении отредактированной целевой мишени, чужеродная последовательность не наследуется. Трансгенная вставка в первичных трансгенных растения пшеницы проявляет себя как доминантный признак. Являясь гетерозиготной, при самоопылении она наследуется по классической модели однолокусного наследования генов. В результате, ряд растений последующего поколения не наследует трансгенную вставку.
Поиск растений, не наследующих трансгенную вставку подтверждали ПЦР анализом тотальной ДНК, выделенной из растений Т1, проанализированных на наличие мутации в промоторной области VRN-A1. На Фиг. 6 представлен образец агарозных гелей после проведения ПЦР анализа. Подтвердили, что геном восьми растений Т1, полученных от самоопыления трансформанта #31-7, содержит трансгенные последовательности, т.к. наблюдали амплификацию фрагмента размером 606 п. н. характерного для репортерного гена gfp (находится в составе кассеты экспрессии одновременно несущей последовательности bar, Cas9, и gfp) и фрагмента размером 96 п. н. характерного для РНК-проводника (находится в составе кассеты экспрессии pgRNA-VRNA1#31). Сопоставление результатов ПЦР с результатами секвенирования фрагмента нуклеотидной последовательности промоторной области VRN-A1 подтвердило получение нетрансгенных растений пшеницы несущих привнесенную мутацию, а именно: растения #31-7-1, содержащего оба мутантных аллеля VRN-A1 со вставкой дополнительного нуклеотида, а также растения #31-7-9, содержащих два мутантных аллеля VRN-A1 с нуклеотидной делецией (Фиг. 6). Помимо этого, получены би-аллельные гетерозиготные растения Т1 (3 шт.), не содержащие трансгенной вставки, которые могут быть в дальнейшем использованы для получения нетрасгенных линий с привнесенными мутациями.
Финансирование работ по созданию настоящего изобретения проводилось из средств Соглашения №075-15-2019-1667 от «31» октября 2019 г. о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий в соответствии с пунктом 4 статьи 78.1 Бюджетного кодекса Российской Федерации на осуществление государственной поддержки создания и развития центра геномных исследований мирового уровня «Курчатовский геномный центр» в рамках реализации федерального проекта «Развитие научной и научно-производственной кооперации» национального проекта «Наука».
Список литературы
Fu D, Szucs Р, Yan L, et al. (2005). Large deletions within the first intron in VRN-1 are associated with spring growth habit in barley and wheat. Mol. Genet. Genomics. 273, 54-65.
Konopatskaia I, Vavilova V, Kondratenko EY, et al. (2016). VRN1 genes variability in tetraploid wheat species with a spring growth habit. BMC Plant Biol. 16(Suppl 3):244.
Loukoianov A, Yan L, Blechl A, et al. (2005). Regulation of VRN-1 vernalization genes in normal and transgenic polyploid wheat. Plant Physiol. 138(4), 2364-2373.
Miroshnichenko DN, Shulga OA, Timerbaev VR, DolgovSV. (2019). Achievements, Challenges, and Prospects in the Production of Nontransgenic, Genome-Edited Plants. Appl Biochem Micro+(2019), 55 (9) 825-845.
Muterko A, Kalendar R, Salina E (2016). Novel alleles of the VERNALIZATION 1 genes in wheat are associated with modulation of DNA curvature and flexibility in the promoter region. BMC Plant Biol, 16(Suppl 1), 9.
Trevaskis В, Hemming MN, Dennis ES, et al. (2007). The molecular basis of vernalization-induced flowering in cereals. Trends Plant Sci. 12, 352-357.
Yan L, Helguera M, Kato K. et al. (2004). Allelic variation at the VRN-1 promoter region in polyploid wheat. Theor. Appl. Genet. 109:1677-1186.
--->
Перечень последовательностей
<110> ФГБНУ ВНИИСБ
<120> СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЯ ПШЕНИЦЫ С БИАЛЛЕЛЬНЫМИ МУТАЦИЯМИ В ПРОМОТОРНОЙ
ОБЛАСТИ ГЕНА VRN-А1 ПРИ ПОМОЩИ ТЕХНОЛОГИИ РЕДАКТИРОВАНИЯ ГЕНОМА РАСТЕНИЙ
CRISPR/CAS9
<160> 4
<210> 1
<211> 20
<212> РНК
<213> Искусственная последовательность
<400> 20
GCCAUGGCUAUCAGGUGGUU
<210> 2
<211> 76
<212> РНК
<213> Искусственная последовательность
<400> 76
GUUUUAGAGCUAGAAAUAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGC
<210> 3
<211> 698
<212> ДНК
<213> Последовательность промоторной области гена VRN-А1, аллель 1
<400> 698
TGAAAGGAAAAATTCTGCTCGTTTTTTTGCTCTGTGGTGTGTGTTTGTGGCGAGAGAAAATGATTTGGGGAAAGCAAAATCC
GGAGATTCGCACGTACGATCGTTCGACACGTCGACGCCCGGCGGGCCCGGGGTGGGGCATCGTGTGGCTGCAGGACCGCGGG
GCCCCGCAAAGCGGGCCGGGCCAATGGGTGCTCGACAGCGGCTATGCTCCAGACCAGCCCGGTATTGCATACCGCGCTCGGG
GCCAGATCCCTTTAAAAACCCCTCCCCCCCTGCCGGAATCCTCGTTTTGGCCTGGCCATCCTCCCTCTCCTCCCCTCTCTTC
CACCTCACGTCCTCACCCAACACCTGATAGCCATGGCTCCGCCGCCTCGCCTCCGCCTGCGCCAGTCGGAGTAGCCGTCGCG
GTCTGCCGGTGTTGGAGGGTAGGGGCGTAGGGTTGGCCCGGTTCTCGAGCGGAGATGGGGCGGGGGAAGGTGCAGCTGAAGC
GGATCGAGAACAAGATCAACCGGCAGGTGACCTTCTCCAAGCGCCGCTCGGGGCTTCTCAAGAAGGCGCACGAGATCTCCGT
GCTCTGCGACGCCGAGGTCGGCCTCATCATCTTCTCCACCAAGGGAAAGCTCTACGAGTTCTCCACCGAGTCATGGTAAATT
AAGCACGCGCTGTCTTTAAATTTGTTCCCCAATACGCCTTCG
<210> 4
<211> 700
<212> ДНК
<213> Последовательность промоторной области гена VRN-А1, аллель 2
<400> 700
TGAAAGGAAAAATTCTGCTCGTTTTTTTGCTCTGTGGTGTGTGTTTGTGGCGAGAGAAAATGATTTGGGGAAAGCAAAATCC
GGAGATTCGCACGTACGATCGTTCGACACGTCGACGCCCGGCGGGCCCGGGGTGGGGCATCGTGTGGCTGCAGGACCGCGGG
GCCCCGCAAAGCGGGCCGGGCCAATGGGTGCTCGACAGCGGCTATGCTCCAGACCAGCCCGGTATTGCATACCGCGCTCGGG
GCCAGATCCCTTTAAAAACCCCTCCCCCCCTGCCGGAATCCTCGTTTTGGCCTGGCCATCCTCCCTCTCCTCCCCTCTCTTC
CACCTCACGTCCTCACCCAACGCACCTGATAGCCATGGCTCCGCCGCCTCGCCTCCGCCTGCGCCAGTCGGAGTAGCCGTCG
CGGTCTGCCGGTGTTGGAGGGTAGGGGCGTAGGGTTGGCCCGGTTCTCGAGCGGAGATGGGGCGGGGGAAGGTGCAGCTGAA
GCGGATCGAGAACAAGATCAACCGGCAGGTGACCTTCTCCAAGCGCCGCTCGGGGCTTCTCAAGAAGGCGCACGAGATCTCC
GTGCTCTGCGACGCCGAGGTCGGCCTCATCATCTTCTCCACCAAGGGAAAGCTCTACGAGTTCTCCACCGAGTCATGGTAAA
TTAAGCACGCGCTGTCTTTAAATTTGTTCCCCAATACGCCTTCG
<---
Claims (6)
1. Способ получения растения пшеницы с биаллельными мутациями в промоторной области гена VRN-A1, включающий в себя следующие этапы:
получение конструкции на основе вектора pU6-gRNA, содержащей первую нуклеотидную последовательность SEQ ID NO: 1 и вторую нуклеотидную последовательность SEQ ID NO: 2, фланкирующую первую последовательность с 3'-конца,
смешивание этой конструкции с вектором, кодирующим последовательность Cas9,
перенесение этой смеси в клетки пшеницы с помощью генной пушки для внесения мутаций в промоторную область гена VRN-1A и
отбор растений-регенерантов с биаллельными мутациями в промоторной области гена VRN-A1, где растения имеют отличающиеся биаллели промотерной области гена VRN-A1, имеющие нуклеотидные последовательности SEQ ID NO: 3 и SEQ ID NO: 4.
2. Растение пшеницы с биаллельными мутациями в промоторной области гена VRN-А1 для дальнейшего применения в селекционном процессе, полученное способом по п. 1, где растение имеет отличающиеся биаллели промотерной области гена VRN-A1, имеющие нуклеотидные последовательности SEQ ID NO: 3 и SEQ ID NO: 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134986A RU2772575C2 (ru) | 2020-10-26 | Способ получения растения пшеницы с биаллельными мутациями в протомоторной области гена vrn-a1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134986A RU2772575C2 (ru) | 2020-10-26 | Способ получения растения пшеницы с биаллельными мутациями в протомоторной области гена vrn-a1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020134986A RU2020134986A (ru) | 2022-04-26 |
| RU2020134986A3 RU2020134986A3 (ru) | 2022-04-26 |
| RU2772575C2 true RU2772575C2 (ru) | 2022-05-23 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817378C2 (ru) * | 2022-09-07 | 2024-04-15 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ) | Способ получения растения картофеля с триаллельными мутациями в кодирующей области гена edr1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687451C1 (ru) * | 2012-12-12 | 2019-05-13 | Те Брод Инститьют, Инк. | Системы crispr-cas и способы изменения экспрессии продуктов генов |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687451C1 (ru) * | 2012-12-12 | 2019-05-13 | Те Брод Инститьют, Инк. | Системы crispr-cas и способы изменения экспрессии продуктов генов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| KONOPATSKAIA I. et al. VRN1 genes variability in tetraploid wheat species with a spring growth habit, The Author(s) BMC Plant Biology, 2016, 16(Suppl 3):244. MUTERKO A. et al. Novel alleles of the VERNALIZATION1 genes in wheat are associated with modulation of DNA curvature and flexibility in the promoter region, BMC Plant Biology, 2016, 16(Suppl 1):9. MARTIN JINEK et al. A programmable dual RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity, Science, 2012, 337(6096): 816-821. YAN L. et al. Allelic variation at the VRN-1 promoter region in polyploid wheat, Theor Appl Genet, 2004, Vol.109, pp.1677-1686. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817378C2 (ru) * | 2022-09-07 | 2024-04-15 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ) | Способ получения растения картофеля с триаллельными мутациями в кодирующей области гена edr1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 |
| RU2822358C1 (ru) * | 2024-01-25 | 2024-07-04 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК" (ИЦиГ СО РАН) | Молекула РНК-проводника sgRNA для внесения мутаций в консервативный участок промоторной области гена PPD-D1 мягкой пшеницы с применением системы редактирования генома CRISPR/Cas9 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210040498A1 (en) | Methods and compositions for increasing harvestable yield via editing ga20 oxidase genes to generate short stature plants | |
| US11591610B2 (en) | Tobacco plant and production method thereof | |
| US20210032646A1 (en) | Methods and compositions for increasing harvestable yield via editing ga20 oxidase genes to generate short stature plants | |
| US20250043297A1 (en) | Use of polynucleotide, protein, and biological material in regulation and control of plant tuber development, and related product and production method therefor | |
| US12024711B2 (en) | Methods and compositions for generating dominant short stature alleles using genome editing | |
| CN114854768A (zh) | 一种鸭茅春化基因DgPAPS4及其应用 | |
| CN119020395A (zh) | 一种诱导植物无融合生殖的方法和应用 | |
| WO2019129145A1 (en) | Flowering time-regulating gene cmp1 and related constructs and applications thereof | |
| CN114395580A (zh) | 用于控制玉米株高的基因 | |
| RU2772575C2 (ru) | Способ получения растения пшеницы с биаллельными мутациями в протомоторной области гена vrn-a1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 | |
| CN110862440B (zh) | 控制玉米株高基因zkm465及其应用 | |
| US11591606B2 (en) | Tobacco plant and production method thereof | |
| RU2772577C2 (ru) | Способ получения растения пшеницы с нуклеотидной делецией в промоторной области гена vrn-a1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 | |
| RU2772578C2 (ru) | Способ получения растения пшеницы с нуклеотидной вставкой в промоторной области гена vrn-a1 при помощи технологии редактирования генома растений crispr/cas9 | |
| RU2762831C1 (ru) | Молекула рнк-проводника для геномного редактирования протомоторной области гена vrn-a1 однодольных зерновых с применением системы crispr/cas9 | |
| CN113151295B (zh) | 水稻温敏雄性不育基因OsFMS1及其应用 | |
| CN113939189B (zh) | 用于使用基因组编辑产生显性矮株型等位基因的方法和组合物 | |
| CN116254293B (zh) | 一种提高玉米产量的方法 | |
| CN118056905A (zh) | 大豆e1基因增强子调控元件在提前大豆花期中的用途 | |
| CN115927441A (zh) | 玉米基因afb1在调控玉米株高性状中的应用 |