Published February 22, 2021
| Version v1
Publication
Open
Amylose starch with no detectable branching developed through DNA-free CRISPR-Cas9 mediated mutagenesis of two starch branching enzymes in potato
Creators
- 1. Swedish University of Agricultural Sciences
Description
DNA-free genome editing was used to induce mutations in one or two branching enzyme genes (Sbe) in tetraploid potato to develop starch with an increased amylose ratio and elongated amylopectin chains. By using ribonucleoprotein (RNP) transfection of potato protoplasts, a mutation frequency up to 72% was achieved. The large variation of mutations was grouped as follows: Group 1 lines with all alleles of Sbe1 mutated, Group 2 lines with all alleles of Sbe1 as well as two to three alleles of Sbe2 mutated and Group 3 lines having all alleles of both genes mutated. Starch from lines in Group 3 was found to be essentially free of amylopectin with no detectable branching and a chain length (CL) distribution where not only the major amylopectin fraction but also the shortest amylose chains were lost. Surprisingly, the starch still formed granules in a low-ordered crystalline structure. Starch from lines of Group 2 had an increased CL with a higher proportion of intermediate-sized chains, an altered granule phenotype but a crystalline structure in the granules similar to wild-type starch. Minor changes in CL could also be detected for the Group 1 starches when studied at a higher resolution.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تم استخدام تحرير الجينوم الخالي من الحمض النووي للحث على الطفرات في واحد أو اثنين من جينات الإنزيم المتفرع (Sbe) في البطاطس رباعية الصيغة الصبغية لتطوير النشا مع زيادة نسبة الأميلوز وسلاسل الأميلوبكتين المطولة. باستخدام نقل البروتين النووي الريبوزي (RNP) للأورام الأولية للبطاطس، تم تحقيق تردد طفرة يصل إلى 72 ٪. تم تجميع التباين الكبير للطفرات على النحو التالي: خطوط المجموعة 1 مع جميع أليلات طفرة Sbe1، وخطوط المجموعة 2 مع جميع أليلات Sbe1 بالإضافة إلى اثنين إلى ثلاثة أليلات من طفرة Sbe2 وخطوط المجموعة 3 التي تحتوي على جميع أليلات كلا الجينينين. تم العثور على النشا من الخطوط في المجموعة 3 ليكون خاليًا بشكل أساسي من الأميلوبكتين مع عدم وجود تفرع يمكن اكتشافه وتوزيع طول السلسلة (CL) حيث لم يتم فقدان جزء الأميلوبكتين الرئيسي فحسب، بل أيضًا أقصر سلاسل الأميلوز. والمثير للدهشة أن النشا لا يزال يشكل حبيبات في بنية بلورية منخفضة الترتيب. كان للنشا من خطوط المجموعة 2 زيادة في CL مع نسبة أعلى من السلاسل متوسطة الحجم، ونمط ظاهري حبيبي متغير ولكن بنية بلورية في الحبيبات مماثلة للنشا من النوع البري. يمكن أيضًا اكتشاف تغييرات طفيفة في CL لنشويات المجموعة 1 عند دراستها بدقة أعلى.Translated Description (French)
L'édition du génome sans ADN a été utilisée pour induire des mutations dans un ou deux gènes enzymatiques ramifiés (Sbe) dans la pomme de terre tétraploïde afin de développer de l'amidon avec un rapport d'amylose accru et des chaînes d'amylopectine allongées. En utilisant la transfection par ribonucléoprotéines (RNP) de protoplastes de pomme de terre, une fréquence de mutation allant jusqu'à 72 % a été atteinte. La grande variation des mutations a été regroupée comme suit : lignées du groupe 1 avec tous les allèles de Sbe1 mutés, lignées du groupe 2 avec tous les allèles de Sbe1 ainsi que deux à trois allèles de Sbe2 mutés et lignées du groupe 3 ayant tous les allèles des deux gènes mutés. L'amidon des lignées du groupe 3 s'est avéré être essentiellement exempt d'amylopectine sans ramification détectable et une distribution de longueur de chaîne (CL) où non seulement la fraction principale d'amylopectine mais aussi les chaînes d'amylose les plus courtes ont été perdues. Étonnamment, l'amidon formait encore des granules dans une structure cristalline de faible ordre. L'amidon des lignées du groupe 2 avait une CL accrue avec une proportion plus élevée de chaînes de taille intermédiaire, un phénotype granulaire modifié mais une structure cristalline dans les granules similaire à celle de l'amidon de type sauvage. Des changements mineurs dans la CL pourraient également être détectés pour les amidons du groupe 1 lorsqu'ils sont étudiés à une résolution plus élevée.Translated Description (Spanish)
Se utilizó la edición del genoma libre de ADN para inducir mutaciones en uno o dos genes de enzimas de ramificación (Sbe) en patata tetraploide para desarrollar almidón con una mayor proporción de amilosa y cadenas de amilopectina alargadas. Mediante el uso de la transfección de protoplastos de patata con ribonucleoproteína (RNP), se logró una frecuencia de mutación de hasta el 72%. La gran variación de mutaciones se agrupó de la siguiente manera: líneas del Grupo 1 con todos los alelos de Sbe1 mutados, líneas del Grupo 2 con todos los alelos de Sbe1, así como de dos a tres alelos de Sbe2 mutados y líneas del Grupo 3 con todos los alelos de ambos genes mutados. Se encontró que el almidón de las líneas en el Grupo 3 estaba esencialmente libre de amilopectina sin ramificación detectable y una distribución de longitud de cadena (CL) donde no solo se perdieron la fracción principal de amilopectina sino también las cadenas de amilosa más cortas. Sorprendentemente, el almidón todavía formaba gránulos en una estructura cristalina de bajo orden. El almidón de las líneas del Grupo 2 tenía un CL aumentado con una mayor proporción de cadenas de tamaño intermedio, un fenotipo de gránulo alterado pero una estructura cristalina en los gránulos similar al almidón de tipo salvaje. También se pudieron detectar cambios menores en el CL para los almidones del Grupo 1 cuando se estudiaron a una resolución más alta.Files
s41598-021-83462-z.pdf.pdf
Files
(1.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:8fa6fa6b31542d0831acc8c5556bed64
|
1.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نشا الأميلوز مع عدم وجود تفرع يمكن اكتشافه تم تطويره من خلال الطفرات الخالية من الحمض النووي CRISPR - Cas9 من إنزيمين متفرعين من النشا في البطاطس
- Translated title (French)
- Amidon d'amylose sans ramification détectable développé par mutagenèse sans ADN médiée par CRISPR-Cas9 de deux enzymes de ramification de l'amidon dans la pomme de terre
- Translated title (Spanish)
- El almidón de amilosa sin ramificación detectable se desarrolló a través de la mutagénesis mediada por CRISPR-Cas9 sin ADN de dos enzimas de ramificación del almidón en la patata
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3132152183
- DOI
- 10.1038/s41598-021-83462-z
References
- https://openalex.org/W1596992460
- https://openalex.org/W1859006829
- https://openalex.org/W1910981629
- https://openalex.org/W1964428232
- https://openalex.org/W1965240383
- https://openalex.org/W1976445798
- https://openalex.org/W1980791076
- https://openalex.org/W1984521042
- https://openalex.org/W1995092595
- https://openalex.org/W2008541171
- https://openalex.org/W2010680666
- https://openalex.org/W2011684034
- https://openalex.org/W2031187896
- https://openalex.org/W2036200752
- https://openalex.org/W2037411784
- https://openalex.org/W2054614520
- https://openalex.org/W2057552064
- https://openalex.org/W2063358400
- https://openalex.org/W2063881905
- https://openalex.org/W2067467702
- https://openalex.org/W2070146295
- https://openalex.org/W2085681314
- https://openalex.org/W2090065587
- https://openalex.org/W2107847305
- https://openalex.org/W2116069931
- https://openalex.org/W2117135989
- https://openalex.org/W2117485315
- https://openalex.org/W2120767615
- https://openalex.org/W2126903379
- https://openalex.org/W2161699659
- https://openalex.org/W2528613931
- https://openalex.org/W2592302293
- https://openalex.org/W2749229660
- https://openalex.org/W2781700937
- https://openalex.org/W2791593665
- https://openalex.org/W2800025243
- https://openalex.org/W2808484900
- https://openalex.org/W286411970
- https://openalex.org/W2901599119
- https://openalex.org/W2942611384
- https://openalex.org/W2974122466
- https://openalex.org/W97627791