Targeting of Photoreceptor Genes inChlamydomonas reinhardtiivia Zinc-Finger Nucleases and CRISPR/Cas9

莱茵衣藻 生物 清脆的 Cas9 衣原体 基因组编辑 同源重组 基因 突变体 锌指核酸酶 遗传学 计算生物学
作者
André Greiner,Simon Kelterborn,Heide Evers,Georg Kreimer,И. А. Сизова,Peter Hegemann
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:29 (10): 2498-2518 被引量:224
标识
DOI:10.1105/tpc.17.00659
摘要

The fast-growing biflagellated single-celled chlorophyte Chlamydomonas reinhardtii is the most widely used alga in basic research. The physiological functions of the 18 sensory photoreceptors are of particular interest with respect to Chlamydomonas development and behavior. Despite the demonstration of gene editing in Chlamydomonas in 1995, the isolation of mutants lacking easily ascertained newly acquired phenotypes remains problematic due to low DNA recombination efficiency. We optimized gene-editing protocols for several Chlamydomonas strains (including wild-type CC-125) using zinc-finger nucleases (ZFNs), genetically encoded CRISPR/associated protein 9 (Cas9) from Staphylococcus aureus and Streptococcus pyogenes, and recombinant Cas9 and developed protocols for rapidly isolating nonselectable gene mutants. Using this technique, we disrupted the photoreceptor genes COP1/2, COP3 (encoding channelrhodopsin 1 [ChR1]), COP4 (encoding ChR2), COP5, PHOT, UVR8, VGCC, MAT3, and aCRY and created the chr1 chr2 and uvr8 phot double mutants. Characterization of the chr1, chr2, and mat3 mutants confirmed the value of photoreceptor mutants for physiological studies. Genes of interest were disrupted in 5 to 15% of preselected clones (∼1 out of 4000 initial cells). Using ZFNs, genes were edited in a reliable, predictable manner via homologous recombination, whereas Cas9 primarily caused gene disruption via the insertion of cotransformed DNA. These methods should be widely applicable to research involving green algae.

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