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      Artificial Mutation for Silkworm Molecular Breeding Using Gene Scissors

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      https://www.riss.kr/link?id=A107014251

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      다국어 초록 (Multilingual Abstract)

      Clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR associated protein (Cas)9을 이용하는 유전자 가위 기술은 미래 육종 기술로서 주목받고 있다. 본 연구에서는 3세대 유전자 가위 CRISPR/Cas9을 이용한 누에 kynurenine 3-monooxygenase (KMO) 유전자 편집을 통한 돌연변이 유발 및 선택 교배를 통하여 유전자의 세대간 전달을 분석하고자 하였다. 유전자 편집을 위하여 누에의 KMO 유전자에 대한 3종의 가이드 RNA를 제작하고, 제작된 gRNA는 Cas9 단백질과 복합체를 형성시켜 누에 세포주(BM-N)에 도입 후 T7 endonucleaseI 분석을 수행하여 최적의 gRNA를 선발하였다. 선발된 K1N gRNA는 누에 유전자를 편집하기 위하여 Cas9 단백질과 복합체를 형성시킨 후 누에 초가 배아에 미세주사하고 사육하였다. 미세주사 후 부화율은 18% 가량으로 낮게 나타났으나 생존한 개체 중 돌연변이 발생율은 60% 이상으로 비교적 높게 나타났다. 돌연변이가 발생된 G0세대의 KMO 유전자는 이형접합자 형태로 나타났으며, 표현형의 변화는 관찰되지 않았다. 하지만 형접합자들 사이의 근친 교배에 의해 탄생한 G1세대 돌연변이에서는 일부에서 알과 눈의 색 변화가 확인되었으며, 변이가 확인된 개체들사이의 근친교배를 통해 생산된 G2세대에서는 모든 개체에서 표현형의 변화가 나타났다. 이러한 결과에 비추어 볼 때, 유전자 가위를 이용한 돌연변이 육종에는 한계가 있으나 전통 교배 육종과 융합을 통하여 육종 기간을 비약적으로 단축시킬 수 있는 곤충 육종 기술로 발전가능성이 높다고 판단된다.
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      Clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR associated protein (Cas)9을 이용하는 유전자 가위 기술은 미래 육종 기술로서 주목받고 있다. 본 연구에서는 3세대 유전자 가위 CRISPR/Cas9을 ...

      Clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR associated protein (Cas)9을 이용하는 유전자 가위 기술은 미래 육종 기술로서 주목받고 있다. 본 연구에서는 3세대 유전자 가위 CRISPR/Cas9을 이용한 누에 kynurenine 3-monooxygenase (KMO) 유전자 편집을 통한 돌연변이 유발 및 선택 교배를 통하여 유전자의 세대간 전달을 분석하고자 하였다. 유전자 편집을 위하여 누에의 KMO 유전자에 대한 3종의 가이드 RNA를 제작하고, 제작된 gRNA는 Cas9 단백질과 복합체를 형성시켜 누에 세포주(BM-N)에 도입 후 T7 endonucleaseI 분석을 수행하여 최적의 gRNA를 선발하였다. 선발된 K1N gRNA는 누에 유전자를 편집하기 위하여 Cas9 단백질과 복합체를 형성시킨 후 누에 초가 배아에 미세주사하고 사육하였다. 미세주사 후 부화율은 18% 가량으로 낮게 나타났으나 생존한 개체 중 돌연변이 발생율은 60% 이상으로 비교적 높게 나타났다. 돌연변이가 발생된 G0세대의 KMO 유전자는 이형접합자 형태로 나타났으며, 표현형의 변화는 관찰되지 않았다. 하지만 형접합자들 사이의 근친 교배에 의해 탄생한 G1세대 돌연변이에서는 일부에서 알과 눈의 색 변화가 확인되었으며, 변이가 확인된 개체들사이의 근친교배를 통해 생산된 G2세대에서는 모든 개체에서 표현형의 변화가 나타났다. 이러한 결과에 비추어 볼 때, 유전자 가위를 이용한 돌연변이 육종에는 한계가 있으나 전통 교배 육종과 융합을 통하여 육종 기간을 비약적으로 단축시킬 수 있는 곤충 육종 기술로 발전가능성이 높다고 판단된다.

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      다국어 초록 (Multilingual Abstract)

      Gene editing technology using the clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) and the CRISPR associated protein (Cas)9 has been highly anticipated in developing breeding techniques. In this study, we discuss gene scissors as a tool for silkworm molecular breeding through analysis of Bombyx mori Kynurenine 3-Monooxygenase (BmKMO) gene editing using the CRISPR/Cas9 system and analysis of generational transmission through mutagenesis and selective crossing. The nucleotide sequence of the BmKMO gene was analyzed, and three guide RNAs (gRNAs) were prepared. Each synthesized gRNA was combined with Cas9 protein and then analyzed by T7 endonuclease I after introduction into the BM-N silkworm cell line. To edit the silkworm gene, K1P gRNA and Cas9 complexes were subsequently microinjected into the silkworm embryos; the hatching rate was 18% and the incidence of mutation was 60%. The gene mutation was verified in the heterozygous G0 generation, but no phenotypic change was observed. In homozygotes generated by self-crossing, a mutant phenotype was observed. These results suggest that silkworm molecular breeding using the CRISPR/ Cas9 system is possible and could be an effective way of shortening the time required.
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      Gene editing technology using the clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) and the CRISPR associated protein (Cas)9 has been highly anticipated in developing breeding techniques. In this study, we discuss gene scissors as a to...

      Gene editing technology using the clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) and the CRISPR associated protein (Cas)9 has been highly anticipated in developing breeding techniques. In this study, we discuss gene scissors as a tool for silkworm molecular breeding through analysis of Bombyx mori Kynurenine 3-Monooxygenase (BmKMO) gene editing using the CRISPR/Cas9 system and analysis of generational transmission through mutagenesis and selective crossing. The nucleotide sequence of the BmKMO gene was analyzed, and three guide RNAs (gRNAs) were prepared. Each synthesized gRNA was combined with Cas9 protein and then analyzed by T7 endonuclease I after introduction into the BM-N silkworm cell line. To edit the silkworm gene, K1P gRNA and Cas9 complexes were subsequently microinjected into the silkworm embryos; the hatching rate was 18% and the incidence of mutation was 60%. The gene mutation was verified in the heterozygous G0 generation, but no phenotypic change was observed. In homozygotes generated by self-crossing, a mutant phenotype was observed. These results suggest that silkworm molecular breeding using the CRISPR/ Cas9 system is possible and could be an effective way of shortening the time required.

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      목차 (Table of Contents)

      • 서론
      • 재료 및 방법
      • 결과 및 고찰
      • References
      • 초록
      • 서론
      • 재료 및 방법
      • 결과 및 고찰
      • References
      • 초록
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      참고문헌 (Reference)

      1 Christian, M., "Targeting DNA double-strand breaks with TAL effector nucleases" 186 : 757-761, 2010

      2 Bibikova, M., "Targeted chromosomal cleavage and mutagenesis in Drosophila using zinc-finger nucleases" 161 : 1169-1175, 2002

      3 Joung, J. K., "TALENs : a widely applicable technology for targeted genome editing" 14 : 49-55, 2013

      4 Zhao, Y., "Sequence-specific inhibition of microRNA via CRISPR/CRISPRi system" 4 : 3943-, 2014

      5 Kumari, S. S., "Screening strains of the mulberry silkworm, Bombyx mori, for thermotolerance" 11 : 116-, 2011

      6 Liang, X., "Rapid and highly efficient mammalian cell engineering via Cas9 protein transfection" 208 : 44-53, 2015

      7 Bikard, D., "Programmable repression and activation of bacterial gene expression using an engineered CRISPR-Cas system" 41 : 7429-7437, 2013

      8 Kim, S. W., "Modification of the commercial silkworm eggs adequate for Bluemoon silkworm transgenesis" 51 : 73-77, 2013

      9 Kikkawa, H., "Mechanism of pigment formation in Bombyx and Drosophila" 26 : 587-607, 1941

      10 Fu, Y., "Improving CRISPR-Cas nuclease specificity using truncated guide RNAs" 32 : 279-284, 2014

      1 Christian, M., "Targeting DNA double-strand breaks with TAL effector nucleases" 186 : 757-761, 2010

      2 Bibikova, M., "Targeted chromosomal cleavage and mutagenesis in Drosophila using zinc-finger nucleases" 161 : 1169-1175, 2002

      3 Joung, J. K., "TALENs : a widely applicable technology for targeted genome editing" 14 : 49-55, 2013

      4 Zhao, Y., "Sequence-specific inhibition of microRNA via CRISPR/CRISPRi system" 4 : 3943-, 2014

      5 Kumari, S. S., "Screening strains of the mulberry silkworm, Bombyx mori, for thermotolerance" 11 : 116-, 2011

      6 Liang, X., "Rapid and highly efficient mammalian cell engineering via Cas9 protein transfection" 208 : 44-53, 2015

      7 Bikard, D., "Programmable repression and activation of bacterial gene expression using an engineered CRISPR-Cas system" 41 : 7429-7437, 2013

      8 Kim, S. W., "Modification of the commercial silkworm eggs adequate for Bluemoon silkworm transgenesis" 51 : 73-77, 2013

      9 Kikkawa, H., "Mechanism of pigment formation in Bombyx and Drosophila" 26 : 587-607, 1941

      10 Fu, Y., "Improving CRISPR-Cas nuclease specificity using truncated guide RNAs" 32 : 279-284, 2014

      11 Kistler, K. E., "Genome engineering with CRISPR-Cas9 in the mosquito Aedes aegypti" 11 : 51-60, 2015

      12 Doudna, J. A., "Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9" 346 : 1258096-, 2014

      13 Zhang, Z., "Functional analysis of Bombyx Wnt1 during embryogenesis using the CRISPR/Cas9 system" 79 : 73-79, 2015

      14 Melgar-Lalanne, G., "Edible insects processing" 18 : 1166-1191, 2019

      15 김태경, "Edible Insects as a Protein Source: A Review of Public Perception, Processing Technology, and Research Trends" 한국축산식품학회 39 (39): 521-540, 2019

      16 Naito, Y., "CRISPRdirect : software for designing CRISPR/Cas guide RNA with reduced off-target sites" 31 : 1120-1123, 2015

      17 Zhu, L., "CRISPR/Cas9-mediated knockout of factors in non-homologous end joining pathway enhances gene targeting in silkworm cells" 5 : 18103-, 2015

      18 Taning, C. N. T., "CRISPR/Cas9 in insects : Applications, best practices and biosafety concerns" 98 : 245-257, 2017

      19 Harrison, M. M., "CRISPR view of development" 28 : 1859-1872, 2014

      20 Kang, P. D., "Breeding of new silkworm variety golden silk, a yellow cocoon color for spring rearing season" 49 : 14-17, 2007

      21 Xu, H., "Advanced technologies for genetically manipulating the silkworm Bombyx mori, a model Lepidopteran insect" 282 : 1810-, 2015

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      2021-01-01 평가 등재학술지 유지 (재인증) KCI등재
      2018-01-01 평가 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
      2015-01-01 평가 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
      2011-08-03 학술지명변경 외국어명 : Korean Journal of Life Science -> Journal of Life Science KCI등재
      2011-01-01 평가 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
      2009-01-01 평가 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
      2007-01-01 평가 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
      2004-01-01 평가 등재학술지 선정 (등재후보2차) KCI등재
      2003-01-01 평가 등재후보 1차 PASS (등재후보1차) KCI등재후보
      2001-07-01 평가 등재후보학술지 선정 (신규평가) KCI등재후보
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      학술지 인용정보

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      기준연도 WOS-KCI 통합IF(2년) KCIF(2년) KCIF(3년)
      2016 0.37 0.37 0.42
      KCIF(4년) KCIF(5년) 중심성지수(3년) 즉시성지수
      0.43 0.43 0.774 0.09
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