Highly efficient C-to-T and A-to-G base editing in a Populus hybrid.
Highly efficient C-to-T and A-to-G base editing in a Populus hybrid.
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DOI：
10.1111/pbi.13581
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发表时间：
2021-06
影响因子：
13.8
通讯作者：
Qi Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li G;Sretenovic S;Eisenstein E;Coleman G;Qi Y
基于CRISPR-Cas的基因组编辑技术为树木的遗传研究和生物工程提供了巨大的潜力。CRISPR-Cas9先前被证明是白杨中的高效基因组编辑系统（Zhou et al.，2015年）。然而，这些应用仅使用Cas9的核酸酶活性用于靶向诱变。相比之下，死Cas9（dCas 9）衍生的碱基编辑器可以在植物基因组中安装特定的碱基变化。胞嘧啶碱基编辑器（CBE）可以引入C-至-T并且偶尔引入C-至-G碱基变化（Komor等人，2016; Nishida等人，2016）和腺嘌呤碱基编辑器（ABE）可以产生A至G碱基变化（Gaudelli et al.，2017年）。CBE可用于构建提前终止密码子，而CBE和ABE均可用于在定制应用中进行氨基酸密码子改变或改变RNA剪接位点或顺式调控元件。尽管它们有很好的潜力，但基础编辑工具还没有完全建立在树上。为了在树木中开发有效的碱基编辑器，我们对一种白杨属杂交种（美洲山杨（Populus tremula）9银白杨（P. alba）杂交克隆INRA 717- 1B 4）进行了研究。我们首先尝试通过比较两种有前景的CBE PmCDA 1-BE 3和A3 A/Y130 F-BE 3来建立有效的C至T碱基编辑系统，这两种CBE通过将胞苷脱氨酶和尿嘧啶DNA糖基化酶抑制剂（UGI）融合到Cas 9D 10A切口酶而处于碱基编辑器3（BE 3）构型（图1a）。BE 3构型中的PmCDA 1碱基编辑器先前已在水稻中得到证实（Tang et al.，2018年）。最近，用A3 A-BE 3证明了水稻、小麦和马铃薯中的高效碱基编辑（Zong等人，2018年）。PmCDA 1-BE 3和A3 A-BE 3都显示出比植物中广泛使用的rAPOBEC 1-BE 3高得多的编辑效率（Tang et al.，2018年; Zong等人，2018年）。此外，将Y130 F突变引入A3 A-BE 3似乎在人细胞中进行C至T转化方面甚至更有效，特别是在甲基化靶位点处（Wang et al.，2018年）。因此，A3 A/Y130 F-BE 3是一种很有前途的CBE，可用于植物试验。
CRISPR-Cas-based genome editing technologies hold great potential for genetic research and bioengineering in trees. CRISPR-Cas9 was previously demonstrated to be a highly efficient genome editing system in poplar (Zhou et al., 2015). However, these applications only used the nuclease activity of Cas9 for targeted mutagenesis. By contrast, dead Cas9 (dCas9)-derived base editors can install specific base changes in a plant genome. Cytosine base editors (CBEs) can introduce C-to-T and occasionally C-to-G base changes (Komor et al., 2016; Nishida et al., 2016) and adenine base editors (ABEs) can generate A-to-G base changes (Gaudelli et al., 2017). CBEs can be applied for constructing premature stop codons, while both CBEs and ABEs can be used for making amino acid codon changes or altering RNA splicing sites or cis-regulatory elements in tailored applications. Despite their promising potential, base editing tools have not been fully established in trees. To develop efficient base editors in trees, we worked on a Populus hybrid (Populus tremula 9 P. alba hybrid clone INRA 717-1B4). We first tried to establish an efficient C-to-T base editing system by comparing two promising CBEs, PmCDA1-BE3 and A3A/Y130F-BE3, which were in a base editor 3 (BE3) configuration by fusion of a cytidine deaminase and a uracil DNA glycosylase inhibitor (UGI) to the Cas9D10A nickase (Figure 1a). A PmCDA1 base editor in the BE3 configuration was previously demonstrated in rice (Tang et al., 2018). Recently, high-efficiency base editing in rice, wheat and potato was demonstrated with A3A-BE3 (Zong et al., 2018). Both PmCDA1-BE3 and A3A-BE3 showed much higher editing efficiencies than the widely used rAPOBEC1-BE3 in plants (Tang et al., 2018; Zong et al., 2018). Further, introduction of the Y130F mutation to A3A-BE3 appeared to be even more potent in making C-to-T conversions in human cells, especially at methylated target sites (Wang et al., 2018). Therefore, A3A/Y130F-BE3 is a promising CBE for testing in plants.
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