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Utility of Arabidopsis KASII Promoter in Development of an Effective CRISPR/Cas9 System for Soybean Genome Editing and Its Application in Engineering of Soybean Seeds Producing Super-High Oleic and Low Saturated Oils
Journal of Agricultural and Food Chemistry ( IF 5.7 ) Pub Date : 2024-09-17 , DOI: 10.1021/acs.jafc.4c05840 Yueping Zheng 1 , Tian Guo 1 , Ting Xia 1 , Shixian Guo 1 , Mengyao Chen 1 , Shenhua Ye 1 , Tian Pan 1 , Xuezhen Xu 1 , Yi Gan 1 , Yihua Zhan 1 , Ting Zheng 2, 3 , Zhifu Zheng 1
Journal of Agricultural and Food Chemistry ( IF 5.7 ) Pub Date : 2024-09-17 , DOI: 10.1021/acs.jafc.4c05840 Yueping Zheng 1 , Tian Guo 1 , Ting Xia 1 , Shixian Guo 1 , Mengyao Chen 1 , Shenhua Ye 1 , Tian Pan 1 , Xuezhen Xu 1 , Yi Gan 1 , Yihua Zhan 1 , Ting Zheng 2, 3 , Zhifu Zheng 1
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This study reports the use of the Arabidopsis KASII promoter (AtKASII) to develop an efficient CRISPR/Cas9 system for soybean genome editing. When this promoter was paired with Arabidopsis U6 promoters to drive Cas9 and single guide RNA expression, respectively, simultaneous editing of the three fatty acid desaturase genes GmFAD2–1A, GmFAD2–1B, and GmFAD3A occurred in more than 60% of transgenic soybean lines at T2 generation, and all the triple mutants possessed desirable high-oleic traits. In sharp contrast, not a single line underwent simultaneous editing of the three target genes when AtKASII was replaced by the widely used AtEC1.2 promoter. Furthermore, our study showed that the stable and inheritable mutations in the high-oleic lines did not alter the overall contents of oil and protein or amino acid composition while increasing the oleic acid content up to 87.6% from approximately 23.8% for wild-type seeds, concomitant with 34.4- and 3.7-fold reductions in linoleic and linolenic acid, respectively. Collectively, this study demonstrates that the AtKASII promoter is highly promising for optimization of the CRISPR/Cas9 system for genome editing in soybean and possibly beyond.
中文翻译：
拟南芥 KASII 启动子在开发用于大豆基因组编辑的有效 CRISPR/Cas9 系统及其在生产超高油酸和低饱和油的大豆种子工程中的应用
本研究报告了使用拟南芥 KASII 启动子 （AtKASII） 开发用于大豆基因组编辑的高效 CRISPR/Cas9 系统。当该启动子与拟南芥 U6 启动子配对分别驱动 Cas9 和单向导 RNA 表达时，在 T2 代时，超过 60% 的转基因大豆品系同时编辑了三个脂肪酸去饱和酶基因 GmFAD2-1A、GmFAD2-1B 和 GmFAD3A，并且所有三重突变体都具有理想的高油酸性状。与此形成鲜明对比的是，当 AtKASII 被广泛使用的 AtEC1.2 启动子取代时，没有一个品系同时编辑三个靶基因。此外，我们的研究表明，高油酸品系中稳定和可遗传的突变不会改变油和蛋白质或氨基酸组成的总含量，同时将油酸含量从野生型种子的约 23.8% 增加到 87.6%，同时亚油酸和亚麻酸分别减少了 34.4 倍和 3.7 倍。总的来说，这项研究表明，AtKASII 启动子在优化 CRISPR/Cas9 系统以用于大豆基因组编辑方面非常有希望。
更新日期：2024-09-17
中文翻译：
拟南芥 KASII 启动子在开发用于大豆基因组编辑的有效 CRISPR/Cas9 系统及其在生产超高油酸和低饱和油的大豆种子工程中的应用
本研究报告了使用拟南芥 KASII 启动子 （AtKASII） 开发用于大豆基因组编辑的高效 CRISPR/Cas9 系统。当该启动子与拟南芥 U6 启动子配对分别驱动 Cas9 和单向导 RNA 表达时，在 T2 代时，超过 60% 的转基因大豆品系同时编辑了三个脂肪酸去饱和酶基因 GmFAD2-1A、GmFAD2-1B 和 GmFAD3A，并且所有三重突变体都具有理想的高油酸性状。与此形成鲜明对比的是，当 AtKASII 被广泛使用的 AtEC1.2 启动子取代时，没有一个品系同时编辑三个靶基因。此外，我们的研究表明，高油酸品系中稳定和可遗传的突变不会改变油和蛋白质或氨基酸组成的总含量，同时将油酸含量从野生型种子的约 23.8% 增加到 87.6%，同时亚油酸和亚麻酸分别减少了 34.4 倍和 3.7 倍。总的来说，这项研究表明，AtKASII 启动子在优化 CRISPR/Cas9 系统以用于大豆基因组编辑方面非常有希望。
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