Establishing an Immune System Conferring DNA and RNA Virus Resistance in Plants Using CRISPR/Cas12a Multiplex Gene Editing

烟草 清脆的 生物 引导RNA 基因 基因组编辑 病毒 病毒学 核糖核酸 转基因 多路复用 遗传学 分子生物学
作者
Lili Luo,Liqing Miao,Xuhui Ma,Jiaxiang Hu,Suzhen Li,Wenzhu Yang,Shuai Ma,Rumei Chen,Xiaoqing Liu
出处
期刊:Plant direct [Wiley]
卷期号:9 (4)
标识
DOI:10.1002/pld3.70070
摘要

ABSTRACT Two types of CRISPR/Cas systems (Cas9 and Cas13) have been used to combat eukaryotic viruses successfully. In this study, we established resistance to the DNA virus BSCTV and RNA virus TMV in Nicotiana benthamiana using the CRISPR‐Cas12a multiplex gene editing system. We employed two effector proteins LbCas12a and FnCas12a coupled with six guide RNAs targeting virus genome and a novel mRNA–gRNA nucleic acid complex to transport gRNA efficiently. Compared with the BSCTV accumulation in the wild‐type N. benthamiana , it was reduced by more than 90% by most transgenic events derived at 7 days post‐inoculation. Additionally, the shoot‐tip leaves were normal in the transgenic plants, whereas they appeared severely curled and stunted in wild‐type N. benthamiana at 15 days post‐infection. Target sites evaluation revealed that the editing system can directly destroy the structure of BSCTV viral genomes via large fragment deletions. We quantified TMV virus accumulation in the transgenic N. benthamiana lines by monitoring dynamic changes in GFP fluorescence and quantitative analysis by qPCR showed that the CRISPR‐Cas12a system can introduce TMV virus resistance to N. benthamiana by preventing its systemic spread. Our study provides an innovative strategy—an mRNA–gRNA nucleic acid complex—which has proven to be highly effective in the gene‐editing system and offers an efficient antiviral approach for generating virus‐resistant plants.

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