A CRISPR/Cas9-Based Mutagenesis Protocol for Brachypodium distachyon and Its Allopolyploid Relative, Brachypodium hybridum

Karolina Hus , Alexander Betekhtin , Artur Piński , Magdalena Rojek-Jelonek , Ewa Grzebelus , Candida Nibau , Mingjun Gao , Katja E. Jaeger , Glyn Jenkins , John H. Doonan , Robert Hasterok

Abstract

The CRISPR/Cas9 system enables precise genome editing and is a useful tool for functional genomic studies. Here we report a detailed protocol for targeted genome editing in the model grass Brachypodium distachyon and its allotetraploid relative B. hybridum, describing gRNA design, a transient protoplast assay to test gRNA efficiency, Agrobacterium-mediated transformation and the selection and analysis of regenerated plants. In B. distachyon, we targeted the gene encoding phytoene desaturase (PDS), which is a crucial enzyme in the chlorophyll biosynthesis pathway. The albino phenotype of mutants obtained confirmed the effectiveness of the protocol for functional gene analysis. Additionally, we targeted two genes related to cell wall maintenance, encoding a fasciclin-like arabinogalactan protein (FLA) and a pectin methylesterase (PME), also in B. distachyon. Two genes encoding cyclin-dependent kinases (CDKG1 and CDKG2), which may be involved in DNA recombination were targeted in both B. distachyon and B. hybridum. Cas9 activity induces mainly insertions or deletions, resulting in frameshift mutations that, may lead to premature stop codons. Because of the close phylogenetic relationship between Brachypodium species and key temperate cereals and forage grasses, this protocol should be easily adapted to target genes underpinning agronomically important traits.
Autor Karolina Hus - Uniwersytet Śląski
Karolina Hus
-
, Alexander Betekhtin - Uniwersytet Śląski
Alexander Betekhtin
-
, Artur Piński - Uniwersytet Śląski
Artur Piński
-
, Magdalena Rojek-Jelonek - Uniwersytet Śląski
Magdalena Rojek-Jelonek
-
, Ewa Grzebelus (BiO / Katedra Biologii Roślin i Biotechnologii)
Ewa Grzebelus
- Katedra Biologii Roślin i Biotechnologii
, Candida Nibau - Aberystwyth University
Candida Nibau
-
, Mingjun Gao - University of Cambridge (CAM)
Mingjun Gao
-
, Katja E. Jaeger - University of Cambridge (CAM), Leibniz Institute of Vegetable and Ornamental Crops
Katja E. Jaeger
-
, Glyn Jenkins - Aberystwyth University
Glyn Jenkins
-
, John H. Doonan - Aberystwyth University
John H. Doonan
-
et al.
Tytuł czasopisma/seriiFrontiers in Plant Science, ISSN 1664-462X, (N/A 100 pkt)
Rok wydania2020
Tom11
Paginacja1-21
Objętość publikacji w arkuszach wydawniczych1
Numer artykułu614
Słowa kluczowe w języku angielskimCRISPR/Cas9 system, targeted mutagenesis, Brachypodium distachyon, Brachypodium hybridum, Agrobacterium-mediated transformation, transient protoplast assay
Klasyfikacja ASJC1110 Plant Science
DOIDOI:10.3389/fpls.2020.00614
URL https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.00614/pdf
Języken angielski
LicencjaCzasopismo (tylko dla artykułów); autorska oryginalna; Uznanie Autorstwa (CC-BY); po opublikowaniu
Plik
A CRISPR/Cas9-Based Mutagenesis Protocol for Brachypodium distachyon and Its Allopolyploid Relative, Brachypodium hybridum z dnia 22-05-2020
4,92 MB
Punktacja (całkowita)100
Żródło punktacjijournalList
Wskaźniki publikacji Scopus SNIP (Source Normalised Impact per Paper): 2018 = 1.328; Impact Factor WoS: 2018 = 4.106 (2) - 2018=4.855 (5)
Liczba cytowań*
Pola dodatkowe
FinansowanieThis research was funded by the National Science Centre Poland (grant nos. DEC-2014/14/M/NZ2/00519 and DEC2018/31/N/NZ1/01418). JD, GJ, and CN were supported by BBSRCgrantBB/M009459/1.
Cytuj
Udostępnij Udostępnij

Pobierz odnośnik do tego rekordu


* Podana liczba cytowań wynika z analizy informacji dostępnych w Internecie i jest zbliżona do wartości obliczanej przy pomocy systemu Publish or Perish.
Powrót
Potwierdzenie
Czy jesteś pewien?