Genome manipulation by guide-directed Argonaute cleavage

生物 同源重组 重组工程 DNA 质粒 记录 遗传学 基因组 重组酶 细菌圆形染色体 体外重组 DNA修复 基因 DNA复制 重组 分子克隆 肽序列
作者
Shan Huang,Kaihang Wang,Stephen L. Mayo
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:51 (8): 4078-4085 被引量:34
标识
DOI:10.1093/nar/gkad188
摘要

Many prokaryotic argonautes (pAgos) mediate DNA interference by using small DNA guides to cleave target DNA. A recent study shows that CbAgo, a pAgo from Clostridium butyricum, induces DNA interference between homologous sequences and generates double-stranded breaks (DSBs) in target DNAs. This mechanism enables the host to defend against invading DNAs such as plasmids and viruses. However, whether such a CbAgo-mediated DNA cleavage is mutagenic remains unexplored. Here we demonstrate that CbAgo, directed by plasmid-encoded guide sequences, can cleave genome target sites and induce chromosome recombination between downstream homologous sequences in Escherichia coli. The recombination rate correlates well with pAgo DNA cleavage activity and the mechanistic study suggests the recombination involves DSBs and RecBCD processing. In RecA-deficient E. coli strain, guide-directed CbAgo cleavage on chromosomes severely impairs cell growth, which can be utilized as counter-selection to assist Lambda-Red recombineering. These findings demonstrate the guide-directed cleavage of pAgo on the host genome is mutagenic and can lead to different outcomes according to the function of the host DNA repair machinery. We anticipate this novel DNA-guided interference to be useful in broader genetic manipulation. Our study also provides an in vivo assay to characterize or engineer pAgo DNA cleavage activity.
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