Analysis of CRISPR/Cas9 system mediated targeting of the cd163 gene in porcine embryos

유전자 편집 돼지는 농업과 의료 분야에서 제공될 수 있어 폭넓게 각광 받고 있다. 최근 CRISPR/Cas9 시스템이 적용됨에 따라 genome editing이 효율적으로 향상되었다. 돼지 수정란 내 CRISPR/Cas9을 세포질내 미세주입으로 site specific mutations을 가능할 수 있게 하였다. 본 연구에서는 돼지 수정란 내 cd163 gRNA와 CRISPR/Cas9 components를 이용하여 도입한 후 그 효율성을 비교 분석하였다. CRISPR/Cas9 protein과 cd163 gRNA를 수정란 내 주입하여 발달율을 비교 분석한 결과 대조구 (90.6%)와 미세주입 그룹 (78.9% and 85.2%)에서 유의적 차이는 인정되지 않았다. 또한, 배반포 발달율을 비교 분석 한 결과 CRISPR/Cas9 protein과 cd163 gRNA 주입 그룹 (19.9% and 19.6%)로 대조구와 (21.5%) 유사하게 나타났다. 각각의 배반포를 이용하여 cd163 유전자의 targeted modification을 분석하였다. 그 결과 cd163(10+134) gRNA를 주입한 그룹의 경우(22.7%) cd163(10) 주입한 그룹보다(12.9%) 유의적으로 높은 효율을 나타내었다. 유전자 변형은 4bp deletion 일어난 것부터 72bp insertions 패턴까지 다양한 패턴으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 CRISPR/Cas9 system을 돼지 수정란 내 미세주입 함으로써 유전자 편집 돼지 생산에 응용할 수 있을 것으로 사료된다. Gene editing (GE) in pig production can have a wide impact by increasing the availability of gene-edited pigs for agriculture and biomedicine. Recent applications of the clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/ CRISPR-associated protein 9 (Cas9) system hold promise for improving the efficacy of gene editing. The cytoplasmic microinjection of the CRISPR/Cas9 system enables the induction of site-specific mutations in porcine zygotes. In this study, we examined the efficiency of the CRISPR/Cas9 protein and cluster of differentiation 163 (cd163) guide RNA (gRNA) components for introduction into zygotes by cytoplasmic microinjection. The cleavage rates of the CRISPR/Cas9 protein and cd163 gRNA injected groups (78.9% and 85.2%) were statistically similar to that of the control group (90.6%). Moreover, the blastocyst formation rates of the CRISPR/Cas9 protein and cd163 gRNA injected groups (19.9% and 19.6%) were also statistically similar to that of the control group (21.5%). When individual blastocysts were genotyped, we observed targeted modification of the genes in the subsequent blastocysts. In the samples of 10 ng/ul, each of the CRISPR/Cas9 protein and the cd163 (10+134) gRNA injected group (22.7%) was significantly higher (p<0.05) than that in the 10 ng/ul samples each of CRISPR/Cas9 protein and cd163(10) gRNA injected group (12.9%). Various types of indel mutations, including 4 bp deletion to 72 bp insertions, were detected in the mutant blastocysts. These results suggest that the CRISPR/Cas9 technology can be applied to produce gene-edited pigs by direct zygote injection.