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イネの OsSWEET14 の CRISPR/Cas9 媒介突然変異は、イネの抵抗性を高めることができた。Zhonghua11 の OsSWEET14 の CRISPR/Cas9 媒介変異は、収量のペナルティなしに Xanthomonas oryzae pv. oryzae への耐性を付与することができた
CRISPR/Cas9-mediated mutation of OsSWEET14 in rice cv. Zhonghua11 confers resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae without yield penalty.
PMID: 32620100 PMCID: PMC7333420. DOI: 10.1186/s12870-020-02524-y.
抄録
背景:
Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)によるイネの細菌性病害は、東南アジアや西アフリカでは壊滅的な被害をもたらすイネの病害である。糖質トランスポーターをコードするOsSWEET14は、アジアまたはアフリカのXoo株から得られる4種類の転写活性化因子様（TAL）エフェクターによって標的化された細菌性いもち病の主要な感受性遺伝子であることが知られている。しかし、キタアケ背景のOsSWEET14単一ノックアウトまたはプロモーター変異体は、アフリカンXoo株に対して中等度の耐性を有するか、または感受性さえある。そこで、本研究では、イネcv.Zhonghua 11背景のOsSWEET14をノックアウトした。Zhonghua 11 バックグラウンドで OsSWEET14 をノックアウトし、病害評価を行った。
BACKGROUND: Bacterial blight of rice, caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), is a devastating rice disease in Southeast Asia and West Africa. OsSWEET14, encoding a sugar transporter, is known to be a major susceptible gene of bacterial blight targeted by four different transcription activator-like (TAL) effectors from either Asian or African Xoo strains. However, the OsSWEET14 single knockout or promoter mutants in the Kitaake background are moderately resistant or even susceptible to African Xoo strains. Therefore, in this study, we knocked out OsSWEET14 in rice cv. Zhonghua 11 background for disease assessment.
結果:
本研究では、CRISPR/Cas9 を用いて、イネ cv. Zhonghua 11 のゲノム中の対応するコード領域を改変することで、OsSWEET14 の機能を破壊した。Zhonghua 11 (CR-S14)のゲノム中の対応するコード領域を改変することにより、OsSWEET14の機能を破壊した。その結果、9種類のOsSWEET14変異体を得ることができた。その結果、アジアのXoo株に対して広範な抵抗性を示すことに加え、アフリカのXoo株AXO1947に対しても強い抵抗性を示した。さらに、OsSWEET14の発現は、茎、葉鞘、葉身、根などの血管組織で検出された。OsSWEET14の破壊は、収量の低下を伴わずに植物の高さを増加させることにつながった。
RESULTS: In this study, CRISPR/Cas9 was utilized to disrupt the function of OsSWEET14 by modifying its corresponding coding region in the genome of rice cv. Zhonghua 11 (CR-S14). In total, we obtained nine different OsSWEET14-mutant alleles. Besides conferring broad-spectrum resistance to Asian Xoo strains, tested mutant alleles also showed strong resistance to African Xoo strain AXO1947. Moreover, the expression of OsSWEET14 was detected in vascular tissues, including the stem, leaf sheath, leaf blade and root. The disruption of OsSWEET14 led to increased plant height without a reduction in yield.
結論:
Zhonghua 11のバックグラウンドにおけるOsSWEET14の破壊は、アフリカのXoo株AXO1947およびアジアのXoo株PXO86に対して強い抵抗性を付与することができる。また、CR-S14は、通常の生育条件下では正常な生殖生育を示し、植物の高さも向上していた。これらの結果は、CR-S14がキタアケ背景のsweet14シングルノックアウト変異体よりも優れたイネ病抵抗性診断キットのテスターラインとして機能する可能性を示唆している。OsSWEET14 を抵抗性イネ育種に利用する際には、遺伝的背景や株高の増加を考慮する必要がある。
CONCLUSIONS: Disruption of OsSWEET14 in the Zhonghua 11 background is able to confer strong resistance to African Xoo strain AXO1947 and Asian Xoo strain PXO86. CR-S14 has normal reproductive growth and enhanced plant height under normal growth conditions. These results imply that CR-S14 may serve as a better tester line than sweet14 single-knockout mutant in the Kitaake background for the diagnostic kit for rice blight resistance. The genetic background and increased plant height need to be taken into consideration when utilizing OsSWEET14 for resistant rice breeding.