In‐locus gene silencing in plants using genome editing

基因沉默 生物 RNA干扰 基因敲除 基因 遗传学 基因组编辑 非翻译区 基因表达 转座因子 转基因 基因表达调控 计算生物学 清脆的 基因组 核糖核酸
作者
Rundong Shen,Qi Yao,Xuelin Tan,Wendan Ren,Dating Zhong,Xuening Zhang,Xinbo Li,Chao Dong,Xuesong Cao,Yifu Tian,Jian‐Kang Zhu,Yuming Lu
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1111/nph.19856
摘要

Summary Gene silencing is crucial in crop breeding for desired trait development. RNA interference (RNAi) has been used widely but is limited by ectopic expression of transgenes and genetic instability. Introducing an upstream start codon (uATG) into the 5′untranslated region (5′UTR) of a target gene may ‘silence’ the target gene by inhibiting protein translation from the primary start codon (pATG). Here, we report an efficient gene silencing method by introducing a tailor‐designed uATG‐containing element (ATGE) into the 5′UTR of genes in plants, occupying the original start site to act as a new pATG. Using base editing to introduce new uATGs failed to silence two of the tested three rice genes, indicating complex regulatory mechanisms. Precisely inserting an ATGE adjacent to pATG achieved significant target protein downregulation. Through extensive optimization, we demonstrated this strategy substantially and consistently downregulated target protein expression. By designing a bidirectional multifunctional ATGE4, we enabled tunable knockdown from 19% to 89% and observed expected phenotypes. Introducing ATGE into Waxy , which regulates starch synthesis, generated grains with lower amylose, revealing the value for crop breeding. Together, we have developed a programmable and robust method to knock down gene expression in plants, with potential for biological mechanism exploration and crop enhancement.
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