Highly efficient activation of endogenous gene in grape using CRISPR/dCas9-based transcriptional activators

第一作者：Chong Ren

第一单位：中科院植物所

第一通讯：Zhenchang Liang

 Abstarct 

背景回顾：Overexpression and knockout (or knockdown) of gene of interest are two commonly used strategies for gene functional study. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas9 system-mediated gene knockout has been applied in most plant species, including grapevine. 

对于目标基因的过表达和敲除（或敲低）是基因功能研究的两种常用策略。CRISPR/Cas9系统介导的基因敲除已经被应用于包括葡萄在内的大多数植物物种中。

提出问题：However, CRISPR/dCas9 (deactivated Cas9)-based transcriptional activation is still unreported in fruit crops, although a few studies have been documented in Arabidopsis and rice. 

尽管基于CRISPR/dCas9的转录激活拟南芥和水稻植物中已经成功建立，但是在水果作物中仍未见报道。

主要研究：Here, we tested two transcriptional activators VP64 and TV for transcriptional activation of endogenous genes in grape. 

本文中，作者测试了两种转录激活VP64和TV，以此在葡萄中激活内源基因的转录。

结果1-转录激活体系构建：Both the dCas9-VP64 and dCas9-TV systems are efficient enough for transcriptional activation of the UDP-glucose flavonoid glycosyltransferases (UFGT) gene in grape cells. The effectiveness of the dCas9-VP64 system in UFGT activation was about 1.6- to 5.6-fold, while the efficiency of the dCas9-TV system was around 5.7- to 7.2-fold. 

结果表明，dCas9-VP64和dCas9-TV均能够在葡萄细胞中介导UDP-葡糖类黄酮糖基转移酶编码基因UFGT的转录激活。dCas9-VP64系统介导的UFGT基因转录激活大约提升约1.6到5.6倍的表达，而dCas9-TV系统介导的UFGT基因转录激活大约提升约5.7到7.2倍的表达。

结果2-CBF4基因的转录激活：Moreover, in grapevine plants, highly efficient activation of the cold-responsive transcription factor gene CBF4 was achieved by using the dCas9-TV system. The expression of CBF4 was increased 3.7- to 42.3-fold in transgenic plants. Compared with the wild-type plants, the CBF4-activated plants exhibited lower electrolyte leakage after cold treatment. 

此外在葡萄植株中，作者成功利用dCas9-TV系统促进了低温响应转录因子CBF4基因的高效转录。转基因葡萄植株中CBF4基因的表达提升了约3.7到42.3倍。并且与野生型植株相比，CBF4激活的植株在低温处理后具有更低的电解质滲漏。

结论：Our results demonstrate the effectiveness of the dCas9-VP64 and dCas9-TV systems in gene activation in grape, which will facilitate application of transcriptional activation in this economically important species.

本文的研究报道了葡萄中基于dCas9-VP64和dCas9-TV系统的高效基因激活，将有助于促进转录激活在葡萄这一重要经济作物中的应用。

** 梁振昌 **

个人简介：

2004年，烟台师范学院，学士；

2009年，中科院植物研究所，博士；

2009-2013年，康奈尔大学，博后；

2013年-至今，中科院植物研究所，研究员。

研究方向：

1. 葡萄种质资源的收集与评价；

2. 葡萄新品种选育；

3. 果树品质与抗性遗传调控机制解析；

4. 多年生果树作物育种理论基础与方法。

doi: https://doi.org/10.1093/hr/uhab037

Journal: Horticulture Research

Published date: January 31, 2022