スーパーバスマティイネのCRISPR-Cas9媒介ゲノム編集を精密に行い、主要な感受性遺伝子を標的とした細菌病抵抗性の確立を目指す

Precise CRISPR-Cas9 Mediated Genome Editing in Super Basmati Rice for Resistance Against Bacterial Blight by Targeting the Major Susceptibility Gene.

• Kashaf Zafar
• Muhammad Zuhaib Khan
• Imran Amin
• Zahid Mukhtar
• Sumera Yasmin
• Muhammad Arif
• Khansa Ejaz
• Shahid Mansoor

抄録

バスマティ米は、味、香り、長粒で世界的に有名な米で、アジアを中心に世界的に需要が高まっています。その需要はアジアを中心に世界的に増加しています。しかし、その生産は畑での様々な問題に脅かされ、大きな損失を出しています。その大きな問題の一つが、内因性転写活性化因子（TALE）を利用して感受性遺伝子（ファミリー遺伝子）を活性化させ、宿主の機械を乗っ取ることによる細菌性病害である。TALEは遺伝子のプロモーター領域にエフェクター結合要素（EBE）を持つ。クレードIII遺伝子にEBEを有することが確認されている6つのよく知られたTALEのうち、4つのTALEが遺伝子のプロモーター領域に存在しています。このように、遺伝子のプロモーターを標的とすることは、広範な抵抗性を作り出すために非常に重要である。このように、本研究では、スーパーバスマティイネにおいて、細菌性病害に対する抵抗性を付与するために、CRISPR-Cas9を媒介としたゲノム編集法を確立し、スーパーバスマティイネのプロモーターに存在する4つのEBEを標的にして、3つのTALE（、、、）のEBEを編集した4系統（SB-E1、SB-E2、SB-E3、SB-E4）を得ることができた。次に、編集された系統を、スーパーバスマティと一緒に、そしてスーパーバスマティに感染している局所的に分離された病原性株のうちの一つを選択することにより、細菌性病害に対する抵抗性について三重に評価した。のEBEに欠失を有する系統は、その系統に対して抵抗性を示した。このように、編集されたEBEは、菌株に存在するそれぞれのTALEに対して耐性を付与することが確認された。本研究では、最大9％の編集効率が得られた。以上の結果から、CRISPR-Cas9は、在来品種の菌害抵抗性を発現させるために利用できることが明らかになった。

Basmati rice is famous around the world for its flavor, aroma, and long grain. Its demand is increasing worldwide, especially in Asia. However, its production is threatened by various problems faced in the fields, resulting in major crop losses. One of the major problems is bacterial blight caused by . hijacks the host machinery by activating the susceptibility genes ( family genes), using its endogenous transcription activator like effectors (TALEs). TALEs have effector binding elements (EBEs) in the promoter region of the genes. Out of six well-known TALEs found to have EBEs in Clade III genes, four are present in gene's promoter region. Thus, targeting the promoter of is very important for creating broad-spectrum resistance. To engineer resistance against bacterial blight, we established CRISPR-Cas9 mediated genome editing in Super Basmati rice by targeting 4 EBEs present in the promoter of . We were able to obtain four different Super Basmati lines (SB-E1, SB-E2, SB-E3, and SB-E4) having edited EBEs of three TALEs (, , and ). The edited lines were then evaluated in triplicate for resistance against bacterial blight by choosing one of the locally isolated virulent strains with and infecting Super Basmati. The lines with deletions in EBE of showed resistance against the strain. Thus, it was confirmed that edited EBEs provide resistance against their respective TALEs present in strains. In this study up to 9% editing efficiency was obtained. Our findings showed that CRISPR-Cas9 can be harnessed to generate resistance against bacterial blight in indigenous varieties, against locally prevalent strains.

Copyright © 2020 Zafar, Khan, Amin, Mukhtar, Yasmin, Arif, Ejaz and Mansoor.