Collaborative Research: TRTech-PGR: Optimization of Virus-based Delivery of Guide RNAs for Heritable Editing in Maize

合作研究:TRTech-PGR:基于病毒的引导 RNA 递送优化,用于玉米遗传编辑

基本信息

  • 批准号:
    2303523
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The advent of CRISPR/Cas has enabled the ability to precisely edit genes at an unprecedented scale. A current major bottleneck in realizing the full potential of gene editing is lack of robust methods for the delivery of gene editing components into plants. The most widely used method for the delivery of gene editing components into plant cells is through transformation. However, many major crops are recalcitrant to transformation and production of transgenic plants is time consuming and labor-intensive. Since transformation of maize is still limited to specialized laboratories, it is a major impediment in application of CRISPR/Cas for functional genomic studies. Here, we will generate resources and develop tools that will ease application of gene editing technology in maize. Given maize is the world’s most produced crop, yields more calories per acre than almost any other crop, the tools developed under this project will have broader impact on studies involving maize and other important monocot crops. All biological materials and the methods generated under this project will be made available to the scientific community. The project will also provide hands-on research training to underrepresented minority undergraduate students and high school students. Developing newer, more efficient gene editing methods in plants is critical to performing gene function studies. The advent and deployment of CRISPR/Cas-based technology has allowed for the generation of mutant genotypes with highly specific mutations. So far, most methods for highly efficient, CRISPR-based gene editing rely on traditional transgenic approaches to deliver the Cas nucleases and single guide RNA (sgRNA) components. Although few maize inbred lines can be transformed, transformation is a major bottleneck in maize functional genomic studies. Furthermore, traditional inbred lines have longer generation times and require a significant amount of growth space. To overcome these bottlenecks, this project will generate B104 maize lines that express high levels of Cas9 nuclease under the control of a constitutive ubiquitin promoter. Viral vectors for delivery of sgRNAs into these Cas9 expressing maize lines will be engineered and optimized for induction of somatic and heritable editing. To accelerate gene function studies in maize, Fast Flowering Mini Maize (FFMM) lines expressing high levels of Cas9 under the control of the constitutive ubiquitin and meiosis-specific promoters will be generated. These lines and optimized viral vectors to deliver sgRNAs will be tested for induction of somatic and heritable editing.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
CRISPR/Cas的出现使得能够以前所未有的规模精确编辑基因,目前实现基因编辑全部潜力的一个主要瓶颈是缺乏将基因编辑组件传递到植物中的最广泛使用的稳健方法。将基因编辑成分传递到植物细胞中的方法是通过转化,然而,许多主要作物难以转化,并且转基因植物的生产既耗时又费力,因为玉米的转化仍然仅限于专业实验室。一个专业在此,我们将生成资源并开发工具,以简化基因编辑技术在玉米中的应用,因为玉米是世界上产量最高的作物,每英亩产生的热量比几乎任何其他作物都多。该项目开发的工具将对涉及玉米和其他重要单子叶作物的研究产生更广泛的影响。该项目还将提供实践研究。训练以开发更新、更有效的植物基因编辑方法对于进行基因功能研究至关重要,基于 CRISPR/Cas 的技术的出现和部署使得能够产生具有高度特异性突变的突变基因型。到目前为止,大多数基于 CRISPR 的高效基因编辑方法都依赖于传统的转基因方法来传递 Cas 核酸酶和单向导 RNA (sgRNA) 组件,尽管很少有玉米自交系可以被转化,但转化是主要的。此外,传统自交系的世代时间较长,需要大量的生长空间,为了克服这些瓶颈,该项目将产生在组成型控制下表达高水平 Cas9 核酸酶的 B104 玉米品系。用于将 sgRNA 递送到这些表达 Cas9 的玉米品系中的病毒载体将被设计和优化,以诱导体细胞和遗传编辑,以加速基因功能研究。将生成在组成型泛素和减数分裂特异性启动子控制下表达高水平 Cas9 的玉米、快速开花迷你玉米 (FFMM) 品系。将测试这些品系和传递 sgRNA 的优化病毒载体,以诱导体细胞和遗传编辑。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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