Establishment of an efficient and versatile genome editing platform for L. ruthenicum

清脆的 八氢番茄红素脱氢酶 基因组编辑 生物 Cas9 功能基因组学 基因 计算生物学 遗传学 锌指核酸酶 引导RNA 基因座(遗传学) 亚基因组mRNA 基因组工程 转化(遗传学) RNA编辑 基因组 转化效率 终端(太阳能) 聚腺苷酸 生物正交化学 非翻译区 转移RNA
作者
Ying Sun,Zheng Hong,Wenwen Wang,Hong Zhang,Xiang Ren,Xiaolan He,Tingting Kan,Yunfang Fan,Chong Wang,Youlong Cao,Hui Zhang
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:199 (2)
标识
DOI:10.1093/plphys/kiaf486
摘要

Black goji berry (Lycium ruthenicum Murr.) is a valuable functional food and traditional medicinal plant owing to its rich content of anthocyanins, trace minerals, vitamins, and polysaccharides. However, limited genetic manipulation tools have hindered functional genomic studies and trait improvement in this species. In this study, we optimized the genetic transformation system for L. ruthenicum, achieving a remarkably high transformation efficiency of 95.4%. Based on this system, we developed a clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9 (CRISPR/Cas9)-mediated gene knockout approach, using the Arabidopsis U6 (AtU6) promoter to drive sgRNA expression and the cauliflower mosaic virus 35S (35S) promoter to drive Cas9 expression, achieving editing efficiencies of 68.8% at the phytoene desaturase (LrPDS) locus and 96.0% at the betaine aldehyde dehydrogenase (LrBADH2) locus. Furthermore, we established an adenine base editing (ABE) system using the ribosomal protein subunit 5A (RPS5A) promoter to drive tRNA adenine deaminase-8e (TadA-8e-nSpCas9) cassette expression, achieving an editing efficiency of 72.2% at the LrPDS locus. To broaden protospacer adjacent motif (PAM) compatibility, we introduced the PAM-relaxed variant SpRY, enabling successful A-to-G editing at an acetolactate synthase (LrALS) target site containing a noncanonical NAN PAM, with an efficiency of 5.3%. Additionally, we developed a multiplex ABE system based on the tRNA-processing strategy, which enabled simultaneous editing at 2 independent loci with an efficiency of 33.3%. Our study establishes a robust genome editing toolkit for L. ruthenicum, offering valuable tools for functional gene analysis and molecular breeding in this economically important species.
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