武汉大学李家儒团队建立盾叶薯蓣基因编辑系

盾叶薯蓣（DioscoreaZingiberensis），俗名黄姜，原产中国，是薯蓣科薯蓣属多年生草本植物，以根状茎入药，是我国传统常用中药材。主治胃气痛，跌打损伤，痈肿早期未破溃，蜂螫虫咬，同时具有治疗皮肤急性化脓性感染、软组织损伤、降血脂等功效，也有降低胆固醇、抗炎、抗肿瘤等药理作用。盾叶薯蓣的根状茎富含皂素，是我国皂素生产的主要原料，也是世界上薯蓣皂苷元含量最高的种。薯蓣皂苷元（又称皂素）是合成众多甾体类激素药物的重要中间体，具有重要的开发价值。

最近，武汉大学李家儒团队成功在盾叶薯蓣中建立了CRISPR/Cas9基因编辑系统。

研究人员以盾叶薯蓣中次级代谢合成途径中的重要基因，法尼基焦磷酸合成酶基因Dzfps（farnesylpyrophosphatesynthase）作为编辑靶标，分别利用OsU3和35S启动子驱动gRNA和Cas9，通过农杆菌介导转化构建了基因编辑系统。鉴定结果显示，T0代15个转化事件中有9个事件携带了5种不同的突变基因型。进一步分析显示，突变体中DZfps基因的转录水平和鲨烯的含量明显降低。这显示出基因编辑技术在快速修饰盾叶薯蓣基因组上的应用价值。

PlantCell,TissueandOrganCulture,23June

ApplicationoftheCRISPR/Cas9systeminDioscoreazingiberensis

Author

ShanFeng,WeiSong,RuiruiFu,HongZhang,AnranXu,JiaruLi

StateKeyLaboratoryofHybridRice,CollegeofLifeSciences,WuhanUniversity,China

Abstract

Dioscoreazingiberensisisamajorpharmaceuticalplantthatproducesdiosgenin,animportantstartingmaterialforsteroidalhormones.Todate,nogenomeeditingapproachinD.zingiberensishasbeenreported.Theclusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats(CRISPR/Cas9)systemhasproventobeanefficienttargetedgenomemodificationtoolandhasbeensuccessfullyappliedinmanyplants,includingrice,soybean,wheat,andArabidopsis.Here,wereportCRISPR/Cas9-mediatedtargetedmutagenesisinD.zingiberensisusinganAgrobacteriumtumefaciens-mediatedtransformationmethod.ThetargetguideRNAwasdesignedinthefirstexonofthefarnesylpyrophosphatesynthasegene(Dzfps),whichisacriticalgeneinvolvedinthesynthesisofsecondarymetabolites.ThesingleguideRNAexpressioncassettewasdrivenbytheOsU3promoter,andCas9wasdrivenbythe35Spromoter.HighfrequenciesofmutantsweredetectedinT0plants.Among15transformedplants,ninemutantsthatcontainedfivetypesofmutationsatthepredicteddouble-strandedbreaksitewereidentified.ThetranscriptlevelsofDzfpsandthecontentofsqualeneinisolatedmutantsweresignificantlydecreased







































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