1204 121 4 草 业科学 第 巷筇6 6/2()】7 PRATACUI TURAI SCIENCE Vo1.34.No.6 DOI:10.¨829/j.issn.1OO卜0629.2016 0396 E丹, 美亮,乍金博,孙占敏,吴燕民.CRISPR/Cas9基L大J组编辑技术及其存草类植物巾的应用. 业科学,2017,34(6):1 204—1 2¨・ Wang D。Zhou M I ,I i J B,Sun Z M,wu Y M.CRISPR/Cas9 systern and its prospectiVe application in grass,Pra1acuhural Sciem’c・ 2()l7,34(6):l204 12l4. CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其 在草类植物中的应用 王丹 ~,周美亮z,李金博。,孙占敏 ,吴燕民 (1.兰州大学草地农业科技学院,什肃兰卅i 730020;2.中圈农业科学院生物技术研究所,-It;.9,10008 3.深圳市铁汉生态环境股份有限公司.广东深圳518040) 摘要:CRISPR/Cas9系统作为新一代基因组编辑技术,一经I"-1世就受到广泛关注。CRISPR/Cas9系统具有对特定基因 位点进行精确修饰(包括敲除、插入、替换等)的强大功能,同时具有操作简单、效率高、适应性广等技术优势,目前已在 微生物、植物、动物以及人类基因治疗等整个生命科学领域得到应用。本文简要介绍了CRISPR/(’as9技术的发展历 程、作用机理、技术优势、功能及应用领域,总结该技术在植物领域的基因组定向编辑中的研究进展。并提出了这项技 术在草类植物基因功能分析、基因代谢调控途径与遗传改良等方面的应用前景,为相关领域的研究工作奠定了基础 关键词:CRISPR/Cas9;基因组编辑;草类植物;定点敲除;基因功能;遗传改艮 中图分类号:¥540.32;Q943.2 文献标志码:A 文章编号:1001 0629(2017)06—1 2O4】1 CRISPR/Cas9 system and its prospective application in grass Wang Danl~,Zhou Mei—liang ,I.i J in—bo ,Sun Zhan min ,Wu Yan—min ’ (1.College of Pastoral Agricuhure Sciencc and Techn。logy,I.anzhou UniVersity,I.anzhoLI 730020,Ct1ina; 2.Bi。technology Researct1 Institute,Chinese Academy。f AgricuItura1 Sciences(CAAS),Beijing 100081,Chin 3.Shenzhen Techand 1.andscape Co.,I,td.Shenzhen 5 18040,China) Abstract:The CRISPR/Cas9 system is a new,precise genome editing technology,which has received wide at tention rrom the scientifc community globally.CRISPR/Cas9 is widely utilised for studying gene funct i‘)ns, hecause it enables Drecise modification of specific gene sites,including knockout,insertion,and substitution・ CRISPR/Cas9 has many advantages,including convenience,precision,efficiency,and a wide selection of large sites.Presently,this technology is applied in all the field of life sciences,including nllcroorganlsms,pIa“1 ’ animals,and human gene therapy.The present article briefly introduces the course of development of CRISI’R/ Cas9 technology,mechanism of action,technical advantage,functions,and its applications・It SUnlgll ̄trlz( s the progresses in targetted plant genome editing,and discusses the potential applications of this process ln research on grass species,including studies on functional genomics, gene metabolism and regulation,and genet c 1n] provement,which provides a usefu1 reference for the later researches and application of this field. Key words:CRISPR/Cas9 system;genome editing;grass;targeted mutagenes ̄s;gene tuinctlon researcn;g netic improvement Correspondin譬author:Wu Yah—rain E mail:wuyanmin@caas.cn 基金项目:霉品眢: ‘闰家内然科学基金项目(1 科 :目20f136 3】- 171 2031)61 );同家重点基础研究发展.同家重点基础研究发展“. ”973 ”项目(项}=j( 2O1 4CB1 38 17o)”’ J尔臼自城付但 ;』一东省省级科技汁:lt ̄J项f|I t 201cu x 5B09090 008twwo/、 羹通信作者 :主 ?s1 z9 55本溪人- ̄g- ̄K 罂吉 箍 吴燕民( ),男,陕 人,研究员,博士,研究方向为植物分子生物学与基 :I程。 _ kE-m ail y)a3n1m0@ln @1G…3,co m: “ http://cykx.1zu.edu.cm 第6期 王丹等:CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在草类植物中的应用 1205 基因编辑(genome editing)是可以对基因组进行 古细菌中,发现了结构组成与CRISPR类似的序 列 ],2002年这种结构正式被命名为成簇规律性间 隔短回文重复,即CRISPR,并预测这种特殊的重复序 列发挥着至关重要的生物学功能l】 。2005年,科学家 发现一部分细菌的CRISPR中的间隔序列与细菌病 毒基因组序列信息高度一致,并推测这一序列可能参 与了应对噬菌体入侵的免疫防御口 。2007年,嗜热链 球菌CRISPR/Cas9系统直接参与细菌对噬菌体的免 疫反应被证明l_】 。2008年,验证CRISPR能直接干 扰DNA阻止外源质粒在表皮葡萄球菌的转移I] ,证 定点修饰的一种技术,是研究特定基因功能的基础。 近年来,基因组编辑技术主要有锌指核酸酶(zinc fin— ger nuclease,ZFN)技术和转录激活样效应因子核酸 酶(transcription activator—like effector nucleases, TAI EN)技术。这两种人工核酸酶的原理都是通过 DNA结合蛋白与核酸内切酶Fok工切割结构域融合, 在靶位点将DNA切断。而CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/ CRISPR—associated proteins)系统作为新一代基因组 编辑技术,一经问世就受到人们的高度关注和极大反 响l_。CRISPR/Cas9系统是细菌和古细菌在长期演 化过程中形成的一种抵御病毒侵袭的免疫防御系统, 通过将人侵噬菌体和DNA的片段整合到CRISPR 中,并利用相应的CRISPR RNAs(crRNAs)来指导同 源序列的降解,对抗入侵的病毒及外源DNA_2],科学 家们利用sgRNA识别特定序列引导Cas9蛋白切割 原理,通过对CRISPR/Cas9系统改造,对特定基因位 点进行敲除、插入和替换等精确编辑。因其操作简单、 重组效率高、靶位点选择具有广泛性、同时可针对多个 基因进行编辑、具有广泛的物种适应性及试验周期短、 成本低等优势,受到研究者的青睐l3 。CRISPR/Cas9 体系可进行探究基因功能,对目标生物的基因组进行 特异性的基因编辑,应用领域十分广泛,几乎涉及到原 核生物、动植物基因编辑与人类基因治疗等整个生物 界 ]。CRISPR/Cas9体系目前已在多种植物中开展 了基因组编辑相关研究,但在草业领域的研究应用尚 处于起步阶段,利用CRISPR/Cas9系统可有效地开 展基因功能研究,发掘优良基因,进行代谢调控研究, 探明代谢调控机理,进行有针对性的基因敲除和优良 明Cas9蛋白是抵抗病毒的基础 】 。2009年,揭示了 CRISPR/Cas9系统是通过Cas9蛋白识别外源 RNAs,然后进行干扰或切割阻止其表达,阻止病毒和 其它原核生物人侵 引。2011年,CRISPR/Cas9系统 作用机制被阐述 ,同时推测Cas9、tracrRNA(trans— activating crRNA)和crRNA共同作用降解与crRNA 互补的外源DNA分子_】 。2012年,Charpentier和 Doudna两位科学家使用重组Cas9和体外转录的 crRNA证实CRISPR/Cas9系统可以对特定的DNA 位点进行切割,提出可利用CRISPR/Cas9系统进行 基因组编辑口 。2013年,验证CRISPR/Cas9系统对 人和小鼠进行基因组编辑的可行性_】 ,并首次证实 CRISPR/Cas9系统能够用于植物进行基因组定点编 辑l_2 ,并发表了CRISPR/Cas9系统能有效的进行基 因定点沉默,可同时调控多个基因,该技术适用于基因 组编辑、多种生物医学研究、基因组功能分析和微生物 代谢工程等[。¨。此后人们应用CRISPR/Cas9技术在 生命科学领域开展了大量的研究工作,其强大的功能 和应用领域被逐步开拓。 1.2 cRISPR/cas9的作用机理 CRISPR/Cas9系统是细菌和古细菌在长期演化 过程中形成的一种适应性免疫防御系统,广泛存在于 细菌和古细菌的基因组中E22]。CRISPR/Cas9系统的 基因的定点整合和多个优良农业性状的聚合,将为草 业领域基因遗传改良研究带来突破性进展。 l cRIsPR/cas9系统概述 核心部分包括基因组(染色体或质粒)中的CRISPR 阵列和Cas9蛋白,CRISPR阵列由一个前导序列 1.1 CRISPR/Cas9系统的发展历程 1987年Ishino等[6 在对一种细菌的碱性磷酸酶 基因进行研究时,发现一段串联的短回文重复结构。 (1eader)和重复序列(repeats)及来源于病毒或质粒等 外源DNA的间隔序列(spacer)相间组成,外源DNA 的间隔序列前体(protospacer)侧翼有一段保守短序 列,即间隔序列前体旁基序PAM(protospacer adja— cent motif),是获取DNA片段所需的识别序列。 CRISPR/Cas9与靶位点识别的特异性主要依赖于 1993年,Mojica等 在极端耐盐的古细菌中发现一段 具有30个碱基并被36个碱基隔开的重复回文序列, 与已知的微生物的重复序列家族都不具有一致性,推 测这些存在于古细菌中的重复序列结构可能具有重要 功能 j。截至2000年,先后在20余种不同的细菌和 sgRNA与靠近PAM(NGG)处10~12 bp碱基的配 草业科学 第34卷 对。Cas9蛋白往往与CRISPR位点的重复序列相连, 是一类较大的多态性家族,包括一些核酸酶、解旋酶、 有物种进行基因组编辑 。4)CRISPR/Cas9系统可 以同时对靶基因的不同位点进行编辑,也可以同时针 对多个基因进行编辑[3 ,其在基因操作中的优势也比 较明显。5)应用CRISPR/Cas9系统进行基因修饰可 聚合酶和RNA结合蛋白等,具有核酸相关的功能域。 在CRISPR/Cas9系统中当噬菌体病毒或质粒入侵 时,系统会将噬菌体的一段DNA序列重组并整合到 CRISPR 5 端的两个重复序列之间,当病毒再次入侵 时,系统将能够识别入侵者携带的外源核酸中的特殊 片段,CRISPR系统转录生成crRNA与系统编码 遗传,具有直接获得纯合子的可能,可同时对两个位点 切割,然后在单链DNA模板的介导下进行同源重组, 在两个位点同时编辑_3 ,缩短试验周期。6) CRISPR/Cas9系统可获得没有筛选基因、报告基因等 外源基因的转基因植物,外源插人基因可以在后代的 tracrRNA结合形成向导RNA(single guide RNA, sgRNA),sgRNAs与Cas9蛋白结合形成蛋白复合 物,该复合物特异性识别并整合入侵噬菌体的DNA 序列后,Cas9蛋白具有核酸内切酶的活性,可将与 crRNA互补的双链DNA切割,形成双链断裂,导致人 分离中很容易与靶突变位点发生分离,从而获得无筛 选基因的遗传改良作物_3 ,大大提高人们对转基因作 物的接受程度。 侵噬菌体或质粒DNA降解,抵御入侵的病毒及外源 DNA,提供免疫防御_2 。 。 科学家们依据CRISPR/cas9系统在细菌体内的 免疫防御原理,通过人工改造sgRNA和Cas9蛋白, C髂9蛋白 C柚9 应用CRISPR/Cas9系统进行基因组编辑研究(图1), 设计sgRNA序列依据识别靶基因序列(coding se— quenee,CDS)区域达到精确定位功能,将设计好的 sgRNA序列与Cas9蛋白构建表达载体,转染靶细胞, 先进行基因组靶位点识别,CRISPR/Cas9系统与目标 DNA结合后,直接参与目标DNA的解旋和对DNA 的切割使双链断裂,然后激发生物体本身的修复机制, 向导RIgA sg 在修复过程中会产生碱基的缺失或插入,造成DNA 的突变 ,结合人工设计修复模板,完成基因组的定 点敲除、插入、替换引入外源基因等操作。随着研究的 不断深入开展,该项技术将会更加高效地应用在与基 因组编辑相关的研究中。 靶标序列 T ̄-get ̄tuenee 1.3 cRIsPR/cas9系统的优势 CRISPR/Cas9系统作为新一代的基因组编辑技 术,表现出许多优越性:1)实验操作简便、周期短、成 本低,只需设计sgRNA就可以靶向不同的位点,针对 基因的编码区构建出功能缺失突变体,开展基因转录 图1 CRISPR/cas9系统工作原理示意图 Fig.1 Schematic diagram describing the working principle of the CRISPR/Cas9 system 注:根据文献E4]和[25]整理而成。 Note:Modified by reference[4]and[25]. 和翻译水平的研究_2 。2)系统靶向精确性更高,更 具有可控性。通过改变sgRNA的序列实现对基因的 2 CRISPR/Cas9系统的功能及应用领域 特异性修饰,较短的sgRNA序列使CRIsPR/Cas9的 切割效率更高。可以通过对Cas9蛋白的修饰,让它不 切断DNA双链,而只是切开单链,这样可以大大降低 切开双链后带来的染色体变异风险[2。 。3)靶位点 CRISPR/Cas9系统可用于基因位点各种修饰方 式,包括基因敲除、基因修复、同源重组、定点整合、大 片段删除以及多基因同时敲除蛋白质定位、抑制或激 活基因转录及表观基因组编辑等,随着研究的深入,更 多的功能将会被开发利用 。CRISPR/Cas9作为 选择的广泛性,CRISPR/Cas9要求靶位点序列在生物 基因组中广泛存在,使得该项技术几乎可以应用到所 RNA靶向的基因组定向编辑新技术,因其强大的功 第6期 王丹等:CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在草类植物中的应用 1207 能,在生命科学的各个领域均能展开相关的应用研究。 病 ],应用性抗菌药物[59 等方面都开展了相关研究, 并取得一定的进展。 2.1微生物领域 CRISPR/Cas9系统是从细菌抗噬菌体病毒系统 中演变而来,通过对CRISPR/Cas9系统有针对性地 编辑微生物基因组靶向杀死野生型细胞,已成功应用 于肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)l_3 ]和大肠 杆菌(Escherichia coli)_3 ,同时开展了酿酒酵母 (SaccharoTglyces cerevisiae)等位基因的置换l3 ,提高 2.4植物领域 应用CR1SPR/Cas9基因编辑技术在基因组的原 位实现对基因的定点突变、定点整合、基因置换及基因 修复等,是植物遗传改良和分子设计的理想途径。通 过基因的定点突变与置换,获得目标性状的遗产改良, 可以避免转基因表达的不可控性和食品安全顾虑,是 一了乳酸杆菌(Lactobacillus)潜在应用价值研究口 ,对 病毒基因组展开全面系统研究__3 ,伴随CRISPR/ Cas9系统的深入研究,该项技术在微生物领域的应用 将全面展开。 种比较理想和高效的作物遗传改良方法。通过 CRISPR/Cas9能更加快速高效的实现植物性状的改 良,对植物基因功能的研究与应用具有重要的意义。 目前已经在包括模式植物拟南芥(Arabidopsis thali— ana)、烟草(Nicotiana tabacum),以及重要农作物水 稻(Oryza sativa)、小麦(Triticam aestivum)等在内 的多种植物中开展基因组定点编辑研究(表1)。 2.4.1 拟南芥 CRISPR/Cas9技术应用于模式植物 拟南芥,开展了对绿色荧光蛋白报告基因GFP(green fluorescent protein)和乙醇脱氢酶基因ADH1(alco— hol dehydrogenase 1)位点突变研究,通过对T2、T3代 2.2动物领域 利用CRISPR/Cas9技术对基因组进行精确编 辑,有效提高了研究效率,而且大大缩短了育种年限。 目前CRISPR/Cas9介导的基因靶向修饰成功地应用 于多种动物研究应用,在模式动物秀丽线虫(Cae— norhabditis elegans)_4 、果蝇(Drosophila elano— gaster) 、斑马鱼(Danio rerio)E4z]、爪蟾(Xenopus laevis)[”]、小鼠(Mus USCU ̄S)[ ]、大鼠(Rattus 稳定遗传性检测表明:其突变效果稳定且符合孟德尔 norvegicus)[45 中采用Cas9一sgRNA技术实现靶基因 的定点敲除和修饰。CRISPR/Cas9技术将构建的 Cas9 mRNA/sgRNA注射受精卵,可以高效地获得基 因敲除的猪(Sus scrofa)[4引,成功获得了肌肉生长抑 遗传定律[6 。 。利用CRIsPR/Cas9技术对拟南芥赤 霉素应答基因GAI(gibberellic acid insensitive),胁迫 应答基因 AZ1( asmonate—zim—domain protein1),油 菜素内脂受体基因BR I1(brassinosteroid insensitive 1),镁螯合酶基因CHLI(magnesium chelatase sub— unit 1),种皮颜色调控基因TT4(transparent testa 4) 制素MSTN(Myostatin)基因敲除的绵羊(Ovis ari— es)l4 ,并建立在活体动物细胞中观察特定基因座的 方法[蚰]。此外在兔(Oryctolagus cuniculus)l4 、猴 (Macaca mulatta) 。。等动物中也获得了应用 CRISPR/Cas9技术成功进行基因敲除的报道。 等不同基因的12个靶位点进行编辑,在T。代中单个 突变植物后代发现约22 的单株为纯合体 ],诱导拟 南芥ADH1和TT4基因位点,结果均能有效诱导同 2.3医学领域中应用基因治疗 当CRISPR/Cas9基因编辑技术诞生,人们就开 始探讨这项技术应用于医学领域的研究,尝试应用同 源修复途径发生的突变[6引,对卵细胞特异性启动子 EC1.2(egg cell—specific gene)相关基因位点进行编辑 研究,实现多基因的突变[6 。 2.4.2 烟草 CRISPR/Cas9系统在烟草中的应用,构 源介导的修复机制,将正确的序列引入细胞中替代突 变的序列,进行基因修复,以此达到基因治疗的目的。 应用CRISPR系统研究在活细胞中有效激活基因,促 建靶向番茄红素脱氢酶PDS(phytoene desaturase)基 因位点的Cas9/sgRNA,采用RE—PCR方法分析,结 果表明突变率为1.8 ~2.4 。通过CRISPR/ 进对整个基因组的功能筛选以及特定疾病的基因鉴 定_5 。应用CRISPR/Cas9技术构建小鼠癌症模 型_5引,人干细胞阿尔茨海默病模型 ,加速对病症的 研究工作。此外,利用CRISPR/Cas9技术修复肝细 胞中Fah突变基因[643,修复囊肿性纤维化跨膜传导 受体基因|5 、肿瘤基因敲除E56]、遗传疾病缺陷基因的 修复 ,在逆转录病毒和DNA病毒感染引起的疾 Cas9系统敲除烟草的两个转录因子基因PDS和 PDR6,插入或缺失频率约16.2 ~20.3 ,在靶向 报告基因GUS(J3一glucuronidase,GUS)、番茄红素脱 氢酶NbPDS、戊烯基/-甲基烯丙基二磷酸合酶基因 NblspH等的编辑研究中,也证实了CRISPR/Cas9 系统成功应用于烟草ll6 。 l2O8 草 业 科 学 第34卷 拟南芥Arabidopsis thaliana GFP ADHj [6o] [61] [62] [63] [64] [65] GAI,BRn。JAZI,CHfJ儿,TT4 ADHj。T丁4 ETC2 烟草Nic’otiana taba c“,” GFP、PDs NtPDS、NtPDR6 [66] [67] [68] fsGUS、NbPDS、NblspH 水稻Oryza sativa R0( 5、SPP、ySA () PDS,( PMS3,() EPSPS,0 DERFj,0 MSHj,() ^ yB5 OsMyBj,OsR0C5,OsSPP,OsySA BEI [69] [7oJ [71] [72] OsMPK5 PT(j1,PTG1.1,PTG2,PTG2.1 TaL0X2 EST [73] TaMl 0 A,TuMl ()Bl,TnMl,()一Dl pCinoxl,pCinox2,pCwpdsl,pCzvpds2 毛米ZeaⅢ“ ZmPDS.ZmIPK1A.ZmjPK,ZmMRP4 Z172HKT1 大豆(; (ineⅢ“ GlymaO6gl418O,GlymaO8g02290,Glymal2937050 GFP 高粱Sorghum 6 (O[OU GFP 马铃薯Solanum tuberosum 番茄I.ycopersi(0” ’ulenlum 舌什橙Citrus sinensis 毛门杨Populus gO117gllgO,';a 地钱Marchanlia polymorpha 自 脉根Lotus japoni c’llS StIAA2 SfAG07 CsPDs1,CsPDs2 PtPDS1 PtPDS2 ARFj SYMRK G【,S PDS [[[[玎 [[i] ] [要[ [l引 [[[[[阱 [一 [一一[ ]] ]]] ]]] 蒺藜苗’蓿Medicag0 trun(’atula 2.4.3水稻利用CR1SPR/Cas9系统在水稻中实现 Dathwav for aromatic amino acid synthesis),转录[大l 子0sDERF1、0 MYB5、OsMYB1和逆境应答相关基 因OsMSHj(DNA mismatch repair protein)、Os— 了抗性相关基因ROC5(rice outermost cell—specific gene 5)、叶绿体加工酶基因SPP(stromal processing peptidase)、叶绿体发育基因YSA(young seedling al— ROC5、0sSPP、OsYSA等1O个靶标基因进行定点突 变,获得转基因株系中突变率为44.4 ,其中7.7 为 纯合系E7o]。针对水稻除草剂抗性基因BEL(bentazon sensitive lethal gene)设计3个不同gRNAs,结果表明 CRISPR/Cas9系统突变效率在2 ~16 ,表型分析 显示转基因植物对除草剂苯达松敏感 。通过构建3 bino) 和周期蛋白依赖性激酶基因CDK(cyclin—de— pendent kinase) 等基因的定点突变。针对两个水 稻亚种巾的基因敲除标记基因 PDs(phytoene de— saturase gene)、OsPMS3(the OsPMS3 gene codes a noncoding RNA)、OsEPSPS(a key enzyme in the http://cykx.1zu.edu.cn 第6期 王丹等:CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在草类植物中的应用 1209 个与水稻胁迫应答相关基因OsMPK5不同位点配对 植株,对转基因后代分析显示CRIsPR/cas9在番茄 的Cas9/gRNAs发现,gRNA与靶标DNA的配对位 置是决定Cas9/gRNA打靶特异性的关键因素 7 。 Xie等^73 构建多个tRNA-gRNA多顺反子PTG(poly— cistronic tRNA-gRNA gene)基因,应用CRISPR/Cas9 中诱导的突变能够稳定遗传给后代。 2.4.10 甜橙 CRISPR/Cas9在甜橙中应用突变 PDS基因,检测突变频率在3.2%~3.9%,为今后利 用该技术进行柑橘的品种改良奠定了基础¨8 。 技术,获得了稳定的水稻转基因株系。 2.4.4 小麦 CRISPR/Cas9系统在小麦中的应用,靶 向脂氧合酶基因TaLox2(1ipoxygenase),获得稳定的 基因突变株系_7 ,靶向EST(expressed sequence tags)基因,结果表明利用CRISPR/Cas9系统可减少 小麦植酸含量_7 ,对MLO(mildew—resistance locus) 2.4.11 杨树 通过分析不同sgRNA结合毛白杨 pds靶基因DNA序列后对突变效率的影响,其中3 端的碱基配对更为重要。利用该技术,获得多个杨树 转录因子及结构基因的敲除突变体株系,为将来开展 基因功能研究和杨树遗传改良奠定了基础 。 2.4.12地钱 Sugano等 构建针对生长素正调控 因子ARFj(auxin response factor)基因的sgRNA,转 基因位点进行突变,获得了抗白粉病的特性小麦l7 , 对报告基因inox(inositol oxygenase)和pds(phy— 化地钱壳孢子,在T 代中检测突变率为11.1 ,这些 toene desaturase)基因不同位点的研究表明CRISPR/ Cas9系统可同时对一个基因不同位点及不同的两个 基因进行编辑_7川。 2.4.5玉米 应用CRISPR/Cas9系统,获得两个靶向 突变能够以胞芽无性生殖的方式稳定遗传给后代。 在开展基础研究的同时,也开展了针对CRISPR/ Cas9系统的优化和提高效率等研究,Johnson等 妇通 过设计12个不同的sgRNA,评估CRISPR/Cas9系统 效率,探索优化设计方案,I ei等 2l提供了一个26种 植物设计sgRNA和检测脱靶位点的开放的网络平 植酸合成的关键酶基因ZmlPK(important phytic acid kinese)的玉米,突变率分别为l6.4 和19.1 l7 。靶向 高亲和性钾转运蛋白基因HKT(high-affinity potassium 台,这些都促进了该项技术在植物中的应用效率。 3 CRISPR/Cas9系统在草类植物中的应用前景 CRISPR/Cas9系统在草类植物基因功能、基因代 transporter),在玉米原生质体中瞬时表达和转基因玉米 植株中稳定遗传的突变体l_7 。 2.4.6 大豆 在应用CRISPR/Cas9系统对大豆进行 靶向基因组编辑试验中,分别应用大豆GmU6和拟南 芥AtU6启动子突变GlymaO6gl4180(predicted 1】 U6 genes in soybean),GlymaOSg02290和G v— 谢及表达调控、遗传改良等研究中具有广阔的应用前 景。 3.1基因功能研究 应用CRISPR/Cas9系统进行基因组编辑研究, mal2g37050基因,结果表明,使用大豆GmU6启动 子的打靶效率明显高于使用拟南芥AtU6启动子的打 靶效率 。Jacobs等 构建了针对GFP的5 和3 的两个CRISPR/Cas9载体,结果表明,针对5 的效率 远高于3 而且突变频率随着培养时间的延长而增加。 2.4.7 高粱 利用CRISPR/Cas9系统,构建应用 Y158载体,包含U6启动子、靶向红色荧光蛋白基因 DsRED2(red fluorescent protein)的5 端,针对高粱 幼胚进行转化,结果获得稳定表达¨8 。 针对丰富的草类植物种质资源开展基因组学研究,可 全面深入地挖掘基因功能,获得重要的遗传信息。 Wang等 印应用CRISPR/Cas9系统对豆科模式植物 百脉根(Lotus japonicas)共生固氮SNF(symbiotic nitrogen fixation)相关基因进行编辑研究,建构以 SYMRK(symbiosis receptor—likekinase)基因为靶向 的SYMRK~sgRNA,获得突变植株,加快了SNF相关 基因功能的研究。草类植物资源丰富,生态适应性广 泛,在各种极端生境中都有生长,应用CRISPR/Cas9 技术将促进发掘一些在极端生境中生长的乡土草品种 的特殊性状基因,如在沙漠中生长的草类的耐旱基因, 2.4.8马铃薯通过构建含有U6启动子,sgRNA靶 向编码IAA蛋白的StlAA2(encoding an Aux/IAA protein)基因的载体,利用CRISPR/Cas9系统敲除马 铃薯StlAA2基因,获得突变体,在T 中发现纯合子, 表明应用该系统可进行马铃薯基因编辑相关研究 。 2.4.9 番茄 Brooks等 建构了两个sgRNAs敲除 番茄花器官发育相关基因SLAG07,获得转基因突变 在盐碱地生长的草类植物的耐盐碱基因,在高海拔环 境生长的草类植物的耐寒、耐贫瘠基因等等。开展草 类植物优良基因质源的收集,实现优良基因的高效利 用 草 业科学 第34卷 3.2基因代谢及表达调控研究 应用CRISPR/Cas9系统加速了科学家们探明基 CRISPR/Cas9系统应用在牧草和草坪草的遗传改良, 能有针对性的在基因组水平上改造牧草和草坪草的遗 因代谢途径和转录调控机制的脚步,可获得多个基因 定点敲除、插入等突变,实现基因组水平上的基因改 造、转录调控与表观遗传调控E ]。Meng等[9 利用 CRISPR/Cas9系统成功对豆科模式牧草蒺藜苜蓿 (Medicago truncatula)的PDS基因进行定点敲除, 传性状,提高育种的目的性和可操作性,用过设计目标 结构产生可遗传变异,更加快速、高效的获得基因组靶 位点的突变、特异性变异和定向基因修饰等,加速草业 领域培育优良品种进程。根据草类植物的培育需求, 应用CRISPR/Cas9系统使优良基因定点整合,针对 草坪草改良抗旱、耐病、耐践踏、再生性强等性状的基 并在T。代得到1o.35 的纯合敲除突变体,为苜蓿等 豆科牧草的功能基因组学研究提供了新的研究工具。 据此,可通过设计突变同一个代谢通路上的靶基因,通 过进行不同基因功能缺失突变,建立功能基因的突变 体库,促进草类植物代谢和基因调控机理研究。探明 因,针对牧草定向改良抗逆性强、产量高、营养丰富等 基因性状,针对生态修复用途的草类植物可改良耐贫 瘠、抗逆性强、耐盐碱、抗风、抗倒伏等一些特定需求的 基因性状,同时探讨多个优良农业性状的聚合。使得 遗传改良效率更高,使牧草和草坪草育种更具科学性 和精确性。 草类植物的营养代谢、激素调控、水分运输等与生长发 育相关的代谢调控途径及生物和非生物逆境应答途 径,对于促进草类植物的资源开发、栽培利用等都具有 重要的意义。 应用CRISPR/Cas9系统必将加快现代牧草和草 坪草遗传改良育种进程,成为提高产量、抗性和品质的 一3.3遗传改良 目前,在草类植物遗传改良的研究中,已开展应用 CRISPR/Cas9系统对百脉根共生固氮SNF相关基 因进行编辑研究_8 ,对蒺藜苜蓿基因GUS组定向编 个重要契机,基因组编辑的研究快速发展,推动基因 的功能研究和物种的改良,必将为草业领域基因功能 基础理论研究和遗传改良应用带来广阔的应用前景, 为草业的发展带来新的契机。 辑研究 ,对PDS基因进行定点敲除研究lg 。 参考文献References: [1]Lander E S.The heroes of CRISPR.Cell,2016,164(1 2):l8—28. [2]Makarova K S,Haft D H,Barrangou R,Brouns S J J,Charpentier E,Horvath P,Moineau S,Mojica F J M,Wolf Y I,Yakunin A F,Oust J V D,Koonin E V.Evolution and classification of the CRISPR—Cas systems.Nature Reviews Microbiology,20 1 1,9(6): 467 477. [3]Pennisi E.The CRISPR craze.Science,2013,341:833—836. [4]Sander J D,Joung J K.CRISPR Cas systems for editing,regulating and targeting genomes.Nature Biotechnology,2014,32(4): 347—355. E5]I isted N.2Ol3 runners—up genetic microsurgery for the masses.Science,2013,342:1434—1435. [6]Ishino Y,Shinagawa H,Makino K,Amemura M,Nakata A.Nucleotide sequence of the iap gene,responsible for alkaline phos— phatase isozyme conversion in Escherichia coli,and identification of the gene product.Journal of Bacteriology,l987,169(12 J: 5429 5433. [7]Mojica F J M,Juez G,Rodriguez—Valera F.Transcription at different salinities of haloferax mediterranei seguences adjacent to partially modified pstl sites.Molecular Microbiology,1993,9:613-621. [8]Mojica F J M,Ferrer C,Juez G,Rodriguez—Valera F.Long stretches of short tandem repeats are present in the largest replicons of the archaea haloferax mediterranei and haloferax volcanii and could be involved in replicon partitioning.Molecular Microbiolo— gY.1995,l7:85—93. E91 Mojica F J,Diez—Villase C,Soria E,Juez G.Biological significance of a family of regularly spaced repeats in the genomes of ar— chaea,bacteria and mitochondria.Molecular Microbiology,2000,36(1):244—246. [1o]Jansen R,Embden J D,baastra W,Schouls I M.Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes. Molecular Microbiology,2002,43(6):565—1575. http://cykx.1zu.edu.cn 第6期 王丹等:CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在草类植物中的应用 1211 ca F J,Diez—Villasenor C,Garcia—Martinez J,Sofia E.Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive [儿] Mojifrom foreign genetic element.Journal of Molecular Evolution,2005,6O(2):174—182. P,Moineau S,Romero D A,Horvath P.Crispr provides acquired re— [12] Barrangou R,Fremaux C,Deveau H,Richards M,Boyavalsistance against viruses in prokaryotes.Science,2007,315:1709—1712. L A。Sontheimer E J.CRISPR interference limits horizontal gene transfer in staphylococci by targeting DNA.Sci— [133 Marraffinienee,2008,322:1843—1845. jkhuis R J H,Snijdeers A L,Dichman M J,Makarova K S,Koonin E V, E14] Brouns S J,Jore M M,Lundgren M,Westra E R,SliOost J.Small CRISPR RNAs guide antiviral defense in prokaryotes.Science,2008,321:960—964. e C R,Zhao P,Olson S,Duff M O,Graveley B R,Wel1s L,Terms R M,Terms M P.RNA—guided RNA cleavage by a El5] HalCRISPR RNA—Cas protein complex.Cell,2009,139(5):945—956. f Y I,Koonin E V.Unification of Cas protein families and a simple scenario for the origin and e— [163 Makarova K S,Aravind L,W0lvolution of CRISPR—Cas systems.Biology Direct,2011,6:38. tcheva E,Chylinski K,Sharma C M,Gonzales K,Chao Y,Pirzada Z A,Eckert M R,Charpentier E.CRISPR RNA matura— [17] Deltion by trans—encoded smal1 RNA and host factor RNase Ili.Nature,2011,471:602—607. inski K,Fonfara I,Hauer M,Doudna J A,Charpentier E.A programmable Dual RNA guided DNA endonuclease [18] Jinek M,Chylin adaptive bacteria1 immunity.Science,2012,337:816~821. ,Ran F A,Cox D,Lin S,Barretto R,Habib N,Hsu P D,Wu X B,Jiang W Y,Marraffini I A,Zhang F.Multiplex ge— [19] Cong Inome engineering using CRISPR/Cas systems.Science,2013,339:819-823. J,Gao C X.Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR—Cas system.Nature Bio— C2o] Shan Q W,Wang Y P,Litechnology,2013,31(8):686—688. L S,Larson M H,Gilbert I A,Doudna J A,Weissman J S,Arkin A,¨m W A.Repurposing CRISPR as an RNA—guided E21] Qiplatform for sequence-specific control of gene expression.Cell,2013,152:1173—1183. ve immune systems.Current Opinion in Microbiology,2011,14(3):321—327. E22] Terns M P,Terns R M.CRISPR—based adapting:The new frontier of genome engineering with CRISPR—Cas9.Science,2014,346: [23] Doudna J A,Charpentier E.Genome editi1258096. edenheft B,Sternberg S H,Doudna J A.RNA—guided genetic silencing systems in bacteria and archaea.Nature,20 1 2,482: E24] Wi331—338. for editing plant genomes.Transgenic Research,2016,25(5): [25] Samanta M K,Dey A,Gayen S.CRISPR/Cas9:An advanced tool561—573. [26] Horvath P,Barrangou R.CRISPR/Cas,the immune system of bacteria and archaea.Science,2010,327:167—170. [27] Hsu P D,Lander E S,Zhang F.Development and applications of CRISPR—Cas9 for genome engineering.Cell,2014,157(6): l262一l278. W,Teng F,Li T,Zhou Q.Simultaneous generation and germline transmission of multiple gene mutations in rat using [28] LiCRISPR—Cas systems.Nature Biotechnology,2013,31(8):684—686. valila C S,Dawlaty M M,Cheng A W,Zhang F,Jaenisch R.One—step generation of mice carrying muta— [29] Wang H,Yang H,Shitions in multiple genes by CRISPR/Cas—Mediated genome engineering.Cell,2013,153(4):910~918. [3O] Jiang W Y,Bikard D,Cox D,Zhang F,Marraffini I A.RNA—guided editing of bacterial genomes using CRISPR—Cas systems. Nature Biotechnology,2013,31(3):233—239. J F,Norville J E,Aach J,McCormack M,Zhang D D,Bush J,Church G M,Sheen J.Multiplex and homologous recombina— E31] Lition—mediated genome editing in Arabidopsis and Nicotiana benthamiana using guide RNA and Cas9.Nature Biotechno1ogy, 2013,3:688—691. [32] Yang H,Wang H,Shivalila C S,Cheng A W,Shi I ,Jaenisch R.One—step generation of mice carrying reporter and conditional alleles by CRISPR/Cas—mediated genome engineering.Cell,2013,154(6):1370—1379. [33]Zhou H B,Liu B,Weeks D P,Spalding M H,Yang B.Large chromosomal deletions and heritable small genetic changes induced by CRISPR/Cas9 in rice.Nucleic Acids Research,2014,42(17):10903—10914. E34]Shalem O,Sanjana N E,Hartenian E,Shi X,Scott D A,Mikkelsen T S,Heckl D,Ebert B I ,Root D E,Doench J G,Zhang F. http://cykx.1zu。edu.cn l212 草业科学 第34卷 Genome—scale CRISPR—Cas9 knockout screening in human cells.Science,2O14,343:84—87. ang W,Bikard D,Cox D,Zhang F,Marraffini I A.RNA—guided editing of bacterial genomes using CRISPR—Cas systems.Na [35] Jiture Biotechnology,2013,31(3):233—239. [36] Jiang Y,Chen B,Duan C,Sun B B,rang J J,rang S.Muhigene editing in the Escherichia coli genome using the CRISPR Cas9 system.Applied and Environmental Microbiology,2015,81(7):2506—2514. E37] Dicarlo J E,Norville J E,Mall P,Rios X,Aach J,Church G M.Genome engineering in Saccharomyces cerevisiae using CRISPR—Cas systems.Nucleic Acids Research,2013,41(7):4336—4343. jkeren J P,Britton R A.Precision genome engineering in lactic acid bacteria.Microbial Cell Factories,2014,13(1):1—10. [38] Pi T,Deng W,Tsao S W,Chen H I ,Kok K H,Jin D Y.CRISPR/Ca 9 [39] Yuen K S,Chan C P,Wong N H,Ho C H,Ho T H,Leimediated genome editing of Epstein Barr virus in human cells.Journal of General Virology,2015,96:626—636. [4o] Friedland A E,Tzur Y B,Esveh K M,Colaiacovo M P,Church G M,Calareo J A.Heritable genome editing in C.elegans via a CRISPR—Cas9 system.Nature Methods,2013,10(8):741—743. bbit C,Ponting C P,Liu J I .Highly efficient targeted mutagenesis of Drosophila with the( RISPR/Cas9 sys— [41] Bassett A R,Titern.Cel1 Reports,2013,4(1):220 228. [42] Hwang W Y,Fu Y F,Reyon D,Maeder M I ,Tsai S Q,Sander J D,Peterson R T,Yeh J R J,Joung J K.Efficient genome edi— ting in zebrafish using a CRISPR Cas system.Nature Biotechnology,2013,3l(3):227—229. sh M B,Fisher M,()omen—Hajagos J,Thomsen G H,Grainger R M.Simple and efficient CRISPR/Cas9一media [43] Nakayama T,Fited targeted mutagenesis in Xenopus tropicalis.Genesis,2013,5l:835—843. [44] Koike—Yusa H,Li Y,Tan E P,Velasco—Herrera M D C,Yusa K.Genome wide recessive genetic screening in mammalian cells with a lentiviral CRISPR—guide RNA library.Nature Biotechn。logy,2014,32:267—273. [45] Shao Y J,Guan Y T,Wang 1 ,Qiu Z G,Liu M Z,Chen Y T,Wu I J,Li Y M,Ma X Y,I iu M Y,I i D I .CRISPR/Cas—mediated genome editing in the rat via direct iniection of one—cell embryos.Nature Protocols,2014,9(10):2493 251 2. T,Teng F,Guo R,Li W,Zhou Q.()ne—step generation of knockout pigs by zygote injection of CRISPR/Cas system.Cell [46] HalResearch,2014,24:372—375. [47] Han H B,Ma Y H,Wang T,I ian I ,Tian X Z,Hu R,Deng S I ,I i K P,Wang F,Li N,I iu G S,Zhao Y F,I ian Z G.()ne—step generation of myostatin gene knockout sheep via the CRISPR/Cas9 system.Frontiers of Agricuhural Science and Engineering, 2O14,1(1):2 5. lbert l A,Cimini B A,Schnitzbauer J,Zhang W,Li G W,Park J,Blackburn E H,Weissman J S,Oi I S,Huang B. [48] Chen B,GiDynamic imaging of genomic loci in living human cells by an optimized CRISPR/Cas system.(;ell,201 3,155:1479 1491. [49] Yan Q M,Zhang Q J,rang H Q,Zou Q J,Tang C C,Fan N N,Lai 1 G.Generation of multi gene knockout rabbits using the Cas9/gRNA system.Cell Regeneration,2014,3(1):12. u Y Y,Shen B,Cui Y Q,Chen Y C,Wang J Y,Wang 1 ,Kang Y,Zhao X Y,Si W,I i W,Xiang A P,Zhou Z M,Li F Q,Tan [5O] LiT,Pu X Q,Wang F,Ji S H,Zhou Q,Huang X X,ji W Z,Sha J H.Generation of gene modified cynomolgus monkey via Ca ̄9/ RNA mediated gene targeting in one—cell embryos.Cell,2014,156:836—843. gham M D,Trevino A E,Joung J,Abudayyeh O O,Barcena C,Hsu P D,Habib N,Gootenberg J S,Nishima [51] Konermann S,Brisu H,Nureki O,Zhang F.Genome—scale transcriptional activation by an engineered CRISPR—Cas9 complex.Nature,2014,51 7: 583 588. att R J,Chen S D,Zhou Y,Yim M J,Swiech I ,Kempton H R,Dahlman J E,Parnas O,Eisenhaure T M,Jovanovic M,Gra— [522 Plham D B,Jhunjhunwala S,Heidenreich M,Xavier R J,I anger R,Anderson D G,Hacohen N,Regev A,Feng G P,Sharp P A, Zhang F.CRISPR—Cas9 knockin mice for genome editing and cancer modeling.Cell,2014,159(2):440—455. D,Kwart D,Chen A,Sproul A,Jacob S,Teo S,Olsen K M,Gregg A,Noggle S,Tessier I avigne Marc.Efficient intro— [53] Paquetduction of specific homozygous and heterozygous mutations using CRISPR/( as9.Nature,2016,533:1 25. [54] Yin H,Xue W,Chen S D,Bogorad R I ,Benedetti E,Grompe M,Koteliansky V,Sharp P A,Jacks T,Anderson D G.Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation and phenotype.Nature B otechn01ogy,2014,32(6):551—553. li V,Dekkers J F,Heo I,Demircan T,Sasaki N,Boymans S,Cuppen E,Ent C K,Nieuwenhuis E E [55] Schwank G,Koo B K,SasselS,Beekman J M,Clevers H.Functional repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in intestinal stem cell organoids of cystic fibrosis pa— http://cykx.1zu.edu.cn 第6期 王丹 等:CRISPR/Cas9基因组编辑技术及其在草类植物中的应用 1213 tients.Cell Stem CelI,20l3,13(6):653—658. n H,Tammela T,Papagiannakopoulos T,Joshi N S,Cai W X,Yang G,Bronson R,Crowley D G,Zhang E56] Xue W,Chen S D,YiF,Anderson D G,Sharp P A,Jacks T.CRISPR—mediated direct mutation of cancer genes in the mouse liver.Nature,2014,514: 38O一384. D G Kabadi A M,Thakore P I,Majoros W H,Reddy T E,Gersbach C A.Multiplex CRISPR/Cas9一based genome [57] Ousteroutediting for correction of dystrophin mutations that cause duchenne muscular dystrophy.Nature Communications,2015,6:6244. az A,Marlett J,Takahashi Y,Li M,Suzuki K,Xu R,Hishida T,Chang C J,Esteban C R,Young J,Belmon [58] Liao H K,Gu Y,Dite J C I .Use of the CRISPR/Cas9 system as an intracellular defense against HIV一1 infection in human cells.Nature Communi— cations,2015,6:6413. [59] Bikard D,Euler C W,J iang W Y,Nussenzweig P M,Goldberg G W,Duportet X,Fischetti V A,Marraffini L A.Exploiting CRISPR—Cas nucleases to produce sequence—specific antimicrobials.Nature Biotechnology,2014,32(11):1146—1150. ang W,Yang B,Weeks D P.Efficient CRISPR/Cas9一mediated gene editing in Arabidopsis thaliana and inheritance of modi— [6O] Jiled genes ifn the T2 and T3 generations.PloS One,2014,9(6):e99225. [61] Schiml S,Fauser F,Puchta H.The CRISPR/Cas system can be used as nuclease for in planta gene targeting and as paired nick— ases for directed mutagenesis in Arabidopsis resulting in heritable progeny.The Plant Journal,2014,80(6):1139—1150. P L,Yang D I ,Wang Z,Zhang Z J,Zheng R,Yang L,Zeng I ,I iu X D,Zhu J K. [62] Feng Z Y,Mao Y F,Xu N F,Zhang B T,WeiMultigeneration analysis reveals the inheritance,specificity,and patterns of CRISPR/Cas—induced gene modifications in Arabi— dopsis.Proceedings of the National Academy of Sciences,2014,111(12):4632—4637. [63] Fauser F,Schiml S,Puchta H.Both CRISPR/Cas—based nucleases and nickases can be used efficiently for genome engineering in Arabidopsis thaliana.The Plant Journal,20l4,79(2):348 359. [64] Wang Z P,Xing H I ,Dong L,Zhang H Y,Han C Y,Wang X C,Chen Q J.Egg cell—specific promoter—controlled CRISPR/Cas9 efficiently generates homozygous mutants for multiple target gene in Arabidopsis in a single generation.Genome Biology, 2015,16:144. [65] Nekrasov V,Staskawicz B,Weigel D,Jones J D G,Kamoun S.Targeted mutagenesis in the model plant nicotiana benthamiana using Cas9 RNA—guided endonuclease.Nature Biotechnology,2013,31:691—693. [66] Gao J P,Wang G H,Ma S Y,Xie X D,Wu X W,Zhang X T,wu Y Q,Zhao P,Xia Q Y.CRISPR/Cas9一mediated targeted IllU— tagenesis in Nicotiana tabacum.Plant Molecular Biology,2015,87(1):99—11O. [67] Yin K Q,Han T,Liu G,Chen T Y,Wang Y,Yu A Y,Liu Y.A geminivirus—based guide RNA delivery system for CRISPR/ Cas9 rn’ediated plant genome editing.Science Reports,2015,5:14926. [682 Feng Z Y,Zhang B T,Ding W N,Liu X D,Yang D I ,Wei P L,Cao F Q,Zhu S H,Zhang F,Mao Y F,Zhu J,K.Efficient ge— nome editing in plants using a CRISPR/Cas system.Cell Research,2013,23(10):1229-1232. M,Toki S.Multigene knockout utilizing offtarget mutations of the CRISPR/Cas9 system in rice.Plant Cell [69] Endo M,MikamiPhysioloy,2015,56(1):41 47. [7O] Zhang H,Zhang J S,Wei P I ,Zhang B T,Gou F,Feng Z Y,Mao Y F,Yang L,Zhang H,Xu N F,Zhu J K.The CRISPR/Cas9 system produces specific and homozygous targeted gene editing in rice in one generation.Plant Biotechnology Journal,20 1 4, 12(6):797—807. [71] Xu R F,I i H,Qin R Y,Wang L,Li I ,Wei P C,Yang J B.Gene targeting using the agrobacterium tumefaciens~mediated CRISPR—Cas system in rice.Rice,2014,7(1):5-8. [72] Xie K,Yang Y.RNA guided genome editing in plants using a CRISPR—Cas system.Molecular Plant,2013,6(6):1975—1983. [73] Xie K,Minkenberg B,Yang Y N.Boosting CRISPR/Cas9 multiplex editing capability with the endogenous tRNA—processing system.Proceeding of the National Academy Sciences USA,2015,l12(11):3570 3575. [74] Shan Q W,Wang Y P,Li J,Zhang Y,Chen K I ,I iang Z,Zhang K,Liu J X,Jeffxi J Z,Qiu J L,Gao C X.Genome editing in rice and wheat using the CRISPR/Cas system.Nature Protocols,2014,9(10):2395—2410. onal characterization of expressed sequence tags of bread wheat(Triticum aestivum)and a— [75] Sharma S,Upadhyay S K.Functinalysis of CRISPR binding sites for targeted genome editing.American Journal of Bioinformatics Research,2014,4(1):11—22. [76] Wang Y P,Cheng X,Shan Q W,Zhang Y,Liu J X,Gao C X,Qiu J L.Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaiploid http://cykx.izu.edu.cn 1214 草业.科学 第34卷 bread wheat confers heritable resistance to powdery mildewNature Bioteehnology,2014,32(9):947—951. [773 Upadhyay S K,Kumar J,Alok A,Tuli R.RNA Guided genome editing for target gene mutations in wheatG3:Genes/( e .nomes/Genetics,2O13,3:2233—2238. s in Zea mays using TAI ENs and the CRISPR/Cas systemJour [78] Liang Z,Zhang K,Chen K I ,Oao C X.Targeted mutagenesi.nal of Genetics and Genomics,2014,41(2):63—68. E79]Xing H I ,Dong L,Wang Z P,Zhang H Y,Han C Y,Liu B,Wang X C,Chen Q J.CRISPR/Cas9 toolkit for multiplex genoIne editing in plants.BMC Plant Biology,2014,14:327. [8o] Sun X J,Hu Z,Chen R,Jiang Q Y,Song G H,Zhang H,Xi Y J.Targeted mutagenesis in soybean using the CRISPR—Cas9 sys— tern.Scientific Reports,2015,5:10342. [81] Jacobs T B,Lafyeete P R,Schmitz R J,Parrott W A.Targeted genome modifications in soybean with CRISPR/Cas9.BMC Bio— technology,2015,15:16-25. [82] Jiang W,Zhou H,Bi H,Fromm M,Yang B,Weeks D P.Demonstration of CRISPR/Cas9/sgRNA—mediated targeted gene mod ification in Arabidopsis,tobacco,sorghum and rice.Nucleic Acids Research,2013,41(20):e188. ong X Y,Meng F R,Cui X.Efficient targeted mutagenesis in potato by the CRISPR/Cas9 [83] Wang S H,Zhang S B,Wang W X,Xisystem.Plant Cell Report,2015,34(9):1473—1476. C,Nekrasov V,Lippman Z B,Eck J V.Efficient gene editing in tomato in the first generation using the clustered regu— [84] Brookslarly interspaced short palindromic repeats/CRISPR—associated 9 system.Plant physiology,2014,166(3):1292—1297. [85] Jia H,Wang N.Targeted genome editing of sweet orange using Cas9/sgRNA.PI oS One,2014,9(4):e93806. [86] 刘婷婷,范迪,冉玲玉,姜渊忠,刘瑞,罗克明.应用CRISPR/Cas9技术在杨树中高效敲除多个靶基因.遗传.2015,3(10):1044— 1052. I iu T T,Fan D,Ran LY,Jiang Y Z,Liu R,Luo K M.Highly efficient CRISPR/Cas9一mediated targeted mutagenesis of multi— pie genes in Populus.Hereditas,2015,37(10):1044—1052.(in Chinese) [87] Sugano S S,Shirakawa M,Takagi J,Matsuda Y,Shimada T,Hara—Nishimura I,Kohchi T.CRISPR/Cas9一mediated targeted nmtagenesis in the liverwort Marchantia polymorpha L.Plant and Cell Physiology,2014,55(3):457—481. [88] Wang I X,Wang L I ,Tan Q,Fan Q I ,Zhu H,Hong Z I ,Zhang Z M,Duanmu D Q.Efficient inactivation of symbiotic nitro gen fixation related genes in Lotus japonicas using CRISPR—Cas9.Frontiers in Plant Science,2016,DOI:10.3389/fpls.2016. 0l333. [89] Michno J M,Wang X B,Liu J Q,Curtin S J,Kono T J Y,Stupar R M.CRISPR/Cas mutagenesis of soybean and Medicag0 truncatula using a new web—tool and a modified Cas9 enzyme.GM Crops&Food Biotechnology in Agriculture and the Food Chain,2015,6(4):243—252. [90] Meng Y Y,Hou Y I ,Wang H,Ji R H,Liu B,Wen J Q,Niu I F,I in H.Targeted mutagenesis by CRISPR/Cas9 system in the model legume Medicago truncatula.Plant Cell Reports,2017,36:371—374. ch V,Filler S,Samach A,I evy A A.Comparative assessments of CRISPR—Cas nucleases cleavage efficien.. [91] Johnson R A,Gurevicy in planta.Plant Molecular Biology,2015,87:143—156. [92] Lei Y,I u I ,I iu H Y,Li S,Xing F,Chen I L.CRISPR—P:A web tool for synthetic single—guide RNA design of CRISPR—sys— tem in plants.Molecular Plant,2014,7(3):1494—1496. [93] Zhang D D,Li Z X,I i J F.Targeted gene manipulation in plants using the CRISPR/Cas technology.Journal of Genetics and Ge— nomics,20l6,43(5):25】一262. (责任编辑王芳) http://cykx.1zu.edu.cn