TALEN媒介ミトコンドリアゲノム編集による細胞質雄性不稔の治癒

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Curing cytoplasmic male sterility via TALEN-mediated mitochondrial genome editing

T Kazama, M Okuno, Y Watari, S Yanase, C Koizuka… - Nature plants, 2019 - nature.com

… to cure mitochondrial diseases 7,8 . In these studies, disease-causing mitochondrial DNAs
were selectively targeted, cut and eliminated from a mixture of wild-type mitochondrial DNAs (…

 

Curing cytoplasmic male sterility via TALEN-mediated mitochondrial genome editing

Abstract
Sequence-specific nucleases are commonly used to modify the nuclear genome of plants. However, targeted modification of the mitochondrial genome of land plants has not yet been achieved. In plants, a type of male sterility called cytoplasmic male sterility (CMS) has been attributed to certain mitochondrial genes, but none of these genes has been validated by direct mitochondrial gene-targeted modification. Here, we knocked out CMS-associated genes (orf79 and orf125) of CMS varieties of rice and rapeseed, respectively, using transcription activator-like effector nucleases (TALENs) with mitochondria localization signals (mitoTALENs). We demonstrate that knocking out these genes cures male sterility, strongly suggesting that these genes are causes of CMS. Sequencing revealed that double-strand breaks induced by mitoTALENs were repaired by homologous recombination, and that during this process, the target genes and surrounding sequences were deleted. Our results show that mitoTALENs can be used to stably and heritably modify the mitochondrial genome in plants.

• TALEN媒介ミトコンドリアゲノム編集による細胞質雄性不稔の治癒

  概要
  配列特異的ヌクレアーゼは、一般的に植物の核ゲノムを変更するために使用されます。 しかし、陸上植物のミトコンドリアゲノムの標的改変はまだ達成されていません。 植物では、細胞質雄性不稔（CMS）と呼ばれる雄性不稔の一種が特定のミトコンドリア遺伝子に起因するとされていますが、これらの遺伝子はいずれもミトコンドリア遺伝子を標的とした直接的な修飾によって検証されていません。 ここでは、ミトコンドリア局在化シグナル (mitoTALEN) を持つ転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ (TALEN) を使用して、イネとナタネの CMS 品種の CMS 関連遺伝子 (orf79 と orf125) をそれぞれノックアウトしました。 これらの遺伝子をノックアウトすると雄性不妊症が治ることを示し、これらの遺伝子が CMS の原因であることを強く示唆しています。 配列決定により、mitoTALEN によって誘発された二本鎖切断が相同組換えによって修復され、この過程で標的遺伝子と周囲の配列が削除されたことが明らかになりました。 私たちの結果は、mitoTALENを使用して、植物のミトコンドリアゲノムを安定かつ遺伝的に変更できることを示しています。

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