イネのブラジナルステロイドシグナル伝達ファミリー遺伝子のゲノム編集による植物農業特性の多様化

ブラシノステロイド（BRS）は、米（Oryza sativa L.）の植物の高さ、葉の角度、穀物サイズなどのさまざまな農業特性を調節します。したがって、BRシグナル伝達成分は、分子合理的設計の有望なターゲットです。ただし、Br-Signaling遺伝子または家族の遺伝物質は、米に限られたままです。ここでは、Clustered Clusteredが定期的に分散した短末性リピート（CRSPR）/CAS9ツールを使用したゲノム編集により、GSK3/Shaggy様キナーゼ1（GSK1）-GSK4、Brassinazole-ResistiveSistiNistiNistiNistiNistiNistInistiNistInistiNistInistisisteSisteSisteSisteSisteSisteSisteSisteSisteSist11）を含む3つのBRシグナル伝達遺伝子ファミリー内のシングル、ダブル、トリプル、または四重層変異体のパネルを生成しました。 Kelch-like（PPKL）1-PPKL3、同じ背景の下（Zhonghua11、Japonica）。高次変異体は、1つのファミリーの異なる遺伝子（GSKSおよびPPKL）上の複数の部位を同時に標的とするか、家族の重複シーケンス（OSBZR）を標的とすることにより生成されました。変異体は、植物の高さ、葉の角度、粒子形態の多様性を示しました。表現型の比較分析とBR感受性テストは、各家族内のメンバー間の機能的冗長性、分化、または支配の存在を示唆しています。さらに、GSK2、OSBZR1/2、およびPPKL2をそれぞれ過剰発現するトランスジェニック植物のセットを、異なるタグの融合を伴う野生型または活性化された型で生成し、BRアプリケーションに対するタンパク質応答も検証しました。集合的に、これらの植物は、米の重要な農業特性の多様性を大幅に豊かにしました。BR関連のファミリー遺伝子の編集は、さまざまな要件を満たすために、望ましい植物をスクリーニングするための実行可能なアプローチである可能性があることを提案します。これらの材料のリリースと関連情報は、BRの研究と利用のための貴重なリソースも提供します。

Brassinosteroids (BRs) regulate various agronomic traits such as plant height, leaf angle, and grain size in rice (Oryza sativa L.); thus, BR signaling components are promising targets for molecular rational design. However, genetic materials for BR-signaling genes or family members remain limited in rice. Here, by genome editing using clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRSPR)/Cas9 tools, we generated a panel of single, double, triple, or quadruple mutants within three BR signaling gene families, including GSK3/SHAGGY-LIKE KINASE1 (GSK1)-GSK4, BRASSINAZOLE-RESISTANT1 (OsBZR1)-OsBZR4, and protein phosphatases with kelch-like (PPKL)1-PPKL3, under the same background (Zhonghua11, japonica). The high-order mutants were produced by either simultaneously targeting multiple sites on different genes of one family (GSKs and PPKLs) or targeting the overlapping sequences of family members (OsBZRs). The mutants exhibited a diversity of plant height, leaf angle, and grain morphology. Comparison analysis of the phenotypes together with BR sensitivity tests suggested the existence of functional redundancy, differentiation, or dominancy among the members within each family. In addition, we generated a set of transgenic plants overexpressing GSK2, OsBZR1/2, and PPKL2, respectively, in wild-type or activated forms with fusion of different tags, and also verified the protein response to BR application. Collectively, these plants greatly enriched the diversity of important agronomic traits in rice. We propose that editing of BR-related family genes could be a feasible approach for screening of desired plants to meet different requirements. Release of these materials as well as the related information also provides valuable resources for further BR research and utilization.