Efficient CRISPR/Cas9 genome editing in alfalfa using a public germplasm

Autores
Bottero, Ana Emilia; Massa, Gabriela Alejandra; Gonzalez, Matías Nicolás; Stritzler, Margarita; Tajima, Hiromi; Gomez, Maria Cristina; Frare, Romina Alejandra; Feingold, Sergio Enrique; Blumwald, Eduardo; Ayub, Nicolás Daniel; Soto, Gabriela Cynthia
Año de publicación
2021
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Because its ability to acquire large amounts of nitrogen by symbiosis, tetraploid alfalfa is the main source of vegetable proteins in meat and milk production systems in temperate regions. Alfalfa cultivation also adds fixed nitrogen to the soil, improving the production of non-legumes in crop rotation and reducing the use of nitrogen fertilizers derived from fossil fuel. Despite its economic and ecological relevance, alfalfa genetics remains poorly understood, limiting the development of public elite germplasm. In this brief article, we reported the high-efficiency of alfalfa mutagenesis by using the public clone C23 and the CRISPR/Cas9 system. Around half of the GUS overexpressing plants (35S-GUS under C23 genomic background) transformed with an editing plasmid containing two sgRNAs against the GUS gene and the Cas9 nuclease exhibited absence of GUS activity. Nucleotide analysis showed that the inactivation of GUS in CRISPR/Cas9-editing events were produced via different modifications in the GUS gene, including frameshift and non-sense mutations. Using the CRISPR/Cas9 system and two sgRNAs, we have also edited the alfalfa gene NOD26, generating plants with different doses of alleles at this locus, including complete gene knockout at high efficiency (11%). Finally, we discuss the potential applications of genome-editing technologies to polyploid research and to alfalfa improvement public programs.
Instituto de Biotecnología
Fil: Bottero, Ana Emilia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina
Fil: Bottero, Ana Emilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Bottero, Ana Emilia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Genética; Argentina
Fil: Massa, Gabriela Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible (IPADS); Argentina
Fil: Massa, Gabriela Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Massa, Gabriela Alejandra. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina
Fil: González, Matías Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible (IPADS); Argentina
Fil: González, Matías Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Stritzler, Margarita. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina
Fil: Stritzler, Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Stritzler, Margarita. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Genética; Argentina
Fil: Tajima, Hiromi. University of California, Davis. Department of Plant Sciences; Estados Unidos
Fil: Gomez, Maria Cristina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina
Fil: Gomez, Maria Cristina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Gomez, Maria Cristina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Genética; Argentina
Fil: Frare, Romina Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina
Fil: Frare, Romina Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Frare, Romina Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Genética; Argentina
Fil: Feingold, Sergio Enrique. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible (IPADS); Argentina
Fil: Feingold, Sergio Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Blumwald, Eduardo. University of California, Davis. Department of Plant Sciences; Estados Unidos
Fil: Ayub, Nicolás Daniel. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina
Fil: Ayub, Nicolás Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Ayub, Nicolás Daniel. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Genética; Argentina
Fil: Soto, Gabriela Cynthia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina
Fil: Soto, Gabriela Cynthia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Soto, Gabriela Cynthia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Genética; Argentina
Materia
Medicago sativa
Edición de Genes
Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas
Mutantes
Germoplasma
Gene Editing
CRISPR
Mutants
Germplasm
Alfalfa
Lucerne
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
Repositorio
INTA Digital (INTA)
Institución
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In this brief article, we reported the high-efficiency of alfalfa mutagenesis by using the public clone C23 and the CRISPR/Cas9 system. Around half of the GUS overexpressing plants (35S-GUS under C23 genomic background) transformed with an editing plasmid containing two sgRNAs against the GUS gene and the Cas9 nuclease exhibited absence of GUS activity. Nucleotide analysis showed that the inactivation of GUS in CRISPR/Cas9-editing events were produced via different modifications in the GUS gene, including frameshift and non-sense mutations. Using the CRISPR/Cas9 system and two sgRNAs, we have also edited the alfalfa gene NOD26, generating plants with different doses of alleles at this locus, including complete gene knockout at high efficiency (11%). Finally, we discuss the potential applications of genome-editing technologies to polyploid research and to alfalfa improvement public programs.Instituto de BiotecnologíaFil: Bottero, Ana Emilia. 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Instituto de Biotecnología
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Fil: Feingold, Sergio Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
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