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通过质体 DNA 精准腺嘌呤碱基编辑生产的除草剂抗性植物。

Herbicide-resistant plants produced by precision adenine base editing in plastid DNA.

机构信息

GreenGene, Inc., Seoul, Republic of Korea.

NUS Synthetic Biology for Clinical and Technological Innovation (SynCTI) and Department of Biochemistry, National University of Singapore, Singapore, Singapore.

出版信息

Nat Plants. 2024 Nov;10(11):1652-1658. doi: 10.1038/s41477-024-01808-7. Epub 2024 Sep 26.

DOI:10.1038/s41477-024-01808-7
PMID:39327461
Abstract

CRISPR-free, protein-only cytosine base editors (CBEs) or adenine base editors, composed of DNA-binding proteins such as zinc finger proteins or transcription activator-like effectors (TALEs) and nucleobase cytosine or adenine deaminases, respectively, enable organellar DNA editing in cultured cells, animals and plants. TALE-linked double-stranded DNA deaminase toxin A (DddA)-derived CBEs (DdCBEs) and TALE-linked adenine deaminases (TALEDs) install C-to-T and A-to-G single-nucleotide conversions, respectively, in mitochondria and chloroplasts. Interestingly, whereas TALEDs exclusively induce A-to-G conversions without C-to-T conversions in mammalian mitochondrial DNA, they often install unwanted C-to-T edits in addition to intended A-to-G edits in plastid DNA. Here we show that uracil DNA glycosylase (UDG)-fused TALEDs (UDG-TALEDs) minimize C-to-T conversions without reducing the A-to-G editing efficiency and install a mutation in the chloroplast psbA gene that encodes a single-amino-acid substitution (S264G), which confers herbicide resistance in the resulting plants.

摘要

无 CRISPR 、仅包含蛋白质的胞嘧啶碱基编辑器(CBEs)或腺嘌呤碱基编辑器,由 DNA 结合蛋白(如锌指蛋白或转录激活因子样效应物(TALEs))和核碱基胞嘧啶或腺嘌呤脱氨酶分别组成,可实现在培养细胞、动物和植物中的细胞器 DNA 编辑。TALE 连接的双链 DNA 脱氨酶毒素 A(DddA)衍生的 CBE(DdCBE)和 TALE 连接的腺嘌呤脱氨酶(TALED)分别在线粒体和叶绿体中安装 C 到 T 和 A 到 G 的单核苷酸转换。有趣的是,虽然 TALED 在哺乳动物线粒体 DNA 中仅诱导 A 到 G 的转换而不诱导 C 到 T 的转换,但它们经常在质体 DNA 中除了预期的 A 到 G 编辑之外还安装不需要的 C 到 T 编辑。在这里,我们展示了与尿嘧啶 DNA 糖基化酶(UDG)融合的 TALED(UDG-TALED)在不降低 A 到 G 编辑效率的情况下最小化 C 到 T 转换,并在编码单个氨基酸取代(S264G)的叶绿体 psbA 基因中安装突变,这在产生的植物中赋予了除草剂抗性。

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