Engineered biocontainable RNA virus vectors for non-transgenic genome editing across crop species and genotypes

生物 基因组编辑 清脆的 基因组 Cas9 植物病毒 遗传学 转基因作物 基因组工程 病毒载体 载体(分子生物学) 转基因 基因 病毒 病毒学 计算生物学 生物技术 重组DNA
作者
Qian Liu,Chenglu Zhao,Kai Sun,Yinlu Deng,Zhenghe Li
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier BV]
卷期号:16 (3): 616-631 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.molp.2023.02.003
摘要

CRISPR/Cas genome-editing tools provide unprecedented opportunities for basic plant biology research and crop breeding. However, the lack of robust delivery methods has limited the widespread adoption of these revolutionary technologies in plant science. Here, we report an efficient, non-transgenic CRISPR/Cas delivery platform based on the engineered tomato spotted wilt virus (TSWV), an RNA virus with a host range of over 1000 plant species. We eliminated viral elements essential for insect transmission to liberate genome space for accommodating large genetic cargoes without sacrificing the ability to infect plant hosts. The resulting non-insect-transmissible viral vectors enabled effective and stable in planta delivery of Cas12a and Cas9 nucleases as well as adenine and cytosine base editors. In systemically infected plant tissues, the deconstructed TSWV-derived vectors induced efficient somatic gene mutations and base conversions in multiple crop species with little genotype dependency. Plants with heritable, bi-allelic mutations could be readily regenerated by culturing the virus-infected tissues in vitro without antibiotic selection. Moreover, we showed that antiviral treatment with ribavirin during tissue culture cleared the viral vectors in 100% of regenerated plants and further augmented the recovery of heritable mutations. Because many plants are recalcitrant to stable transformation, the viral delivery system developed in this work provides a promising tool to overcome gene delivery bottlenecks for genome editing in various crop species and elite varieties.
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