Allele-aware chromosome-level genome assembly and efficient transgene-free genome editing for the autotetraploid cultivated alfalfa

基因组编辑 生物 基因组 Cas9 遗传学 清脆的 转基因 基因组工程 等位基因 基因 计算生物学
作者
Haitao Chen,Yan Zeng,Yongzhi Yang,Lingli Huang,Bolin Tang,He Zhang,Fei Hao,Wei Liu,Youhan Li,Yanbin Liu,Xiaoshuang Zhang,Ru Zhang,Yesheng Zhang,Yongxin Li,Kun Wang,Hua He,Zhongkai Wang,Guangyi Fan,Hui Yang,Ai‐Ke Bao,Zhanhuan Shang,Jianghua Chen,Wen Wang,Qiang Qiu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:267
标识
DOI:10.1038/s41467-020-16338-x
摘要

Abstract Artificially improving traits of cultivated alfalfa ( Medicago sativa L.), one of the most important forage crops, is challenging due to the lack of a reference genome and an efficient genome editing protocol, which mainly result from its autotetraploidy and self-incompatibility. Here, we generate an allele-aware chromosome-level genome assembly for the cultivated alfalfa consisting of 32 allelic chromosomes by integrating high-fidelity single-molecule sequencing and Hi-C data. We further establish an efficient CRISPR/Cas9-based genome editing protocol on the basis of this genome assembly and precisely introduce tetra-allelic mutations into null mutants that display obvious phenotype changes. The mutated alleles and phenotypes of null mutants can be stably inherited in generations in a transgene-free manner by cross pollination, which may help in bypassing the debate about transgenic plants. The presented genome and CRISPR/Cas9-based transgene-free genome editing protocol provide key foundations for accelerating research and molecular breeding of this important forage crop.
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