Abstract Large-scale genetic mutant libraries are powerful approaches to interrogating genotype-phenotype correlations and identifying genes responsible for certain environmental stimuli, both of which are the central goal of life science study. We produced the first large-scale CRISPR/Cas9-induced library in a non-model multicellular organism, Bombyx mori . We developed a piggy Bac-delivered binary genome editing strategy, which can simultaneously meet the requirements of mixed microinjection, efficient multi-purpose genetic operation, and preservation of growth-defect lines. We constructed a single-guide RNA (sgRNA) plasmid library containing 92,917 sgRNAs targeting promoters and exons of 14,645 protein-coding genes, established 1726 transgenic sgRNA lines following microinjection of 66,650 embryos, and generated 300 mutant lines with diverse phenotypic changes. Phenomic characterization of mutant lines identified a large set of genes responsible for visual phenotypic or economically valuable trait changes. Next, we performed pooled context-specific positive screens for tolerance to environmental pollute cadmium exposure, and identified KWMTBOMO12902 as a strong candidate gene for breeding applications in sericulture industry. Collectively, our results provide a novel and versatile approach for functional B. mori genomics, and a powerful resource for identifying key candidate genes potential for improving various economic traits. This study also demonstrates the effectiveness, practicality, and convenience of large-scale mutant libraries in other non-model organisms.

Standard genome editing tools (ZFN, TALEN and CRISPR/Cas9) edited genome depending on DNA double strand breaks (DSBs). A series of new CRISPR tools that convert cytidine to thymine (C to T) without the requirement for DNA double-strand breaks were developed recently, which have changed this status and have been quickly applied in a variety of organisms. Here, we demonstrate that CRISPR/Cas9-dependent base editor (BE3) converts C to T with a high frequency in the invertebrate Bombyx mori silkworm. Using BE3 as a knock-out tool, we inactivated exogenous and endogenous genes through base-editing-induced nonsense mutations with an efficiency of up to 66.2%. Furthermore, genome-scale analysis showed that 96.5% of B. mori genes have one or more targetable sites being knocked out by BE3 with a median of 11 sites per gene. The editing window of BE3 reached up to 13 bases (from C1 to C13 in the range of gRNA) in B. mori. Notably, up to 14 bases were substituted simultaneously in a single DNA molecule, with a low indel frequency of 0.6%, when 32 gRNAs were co-transfected. Collectively, our data show for the first time that RNA-guided cytidine deaminases are capable of programmable single and multiplex base-editing in an invertebrate model.

Nano-TiO