Abstract Substantial efforts are being made to optimize the CRISPR/Cas9 system for precision crop breeding. The avoidance of transgene integration and reduction of off-target mutations are the most important targets for optimization. Here, we describe an efficient genome editing method for bread wheat using CRISPR/Cas9 ribonucleoproteins (RNPs). Starting from RNP preparation, the whole protocol takes only seven to nine weeks, with four to five independent mutants produced from 100 immature wheat embryos. Deep sequencing reveals that the chance of off-target mutations in wheat cells is much lower in RNP mediated genome editing than in editing with CRISPR/Cas9 DNA. Consistent with this finding, no off-target mutations are detected in the mutant plants. Because no foreign DNA is used in CRISPR/Cas9 RNP mediated genome editing, the mutants obtained are completely transgene free. This method may be widely applicable for producing genome edited crop plants and has a good prospect of being commercialized.

Abstract Editing plant genomes is technically challenging in hard-to-transform plants and usually involves transgenic intermediates, which causes regulatory concerns. Here we report two simple and efficient genome-editing methods in which plants are regenerated from callus cells transiently expressing CRISPR/Cas9 introduced as DNA or RNA. This transient expression-based genome-editing system is highly efficient and specific for producing transgene-free and homozygous wheat mutants in the T0 generation. We demonstrate our protocol to edit genes in hexaploid bread wheat and tetraploid durum wheat, and show that we are able to generate mutants with no detectable transgenes. Our methods may be applicable to other plant species, thus offering the potential to accelerate basic and applied plant genome-engineering research.

Abstract Polycystic ovary syndrome (PCOS) is a common, highly heritable complex disorder of unknown aetiology characterized by hyperandrogenism, chronic anovulation and defects in glucose homeostasis. Increased luteinizing hormone relative to follicle-stimulating hormone secretion, insulin resistance and developmental exposure to androgens are hypothesized to play a causal role in PCOS. Here we map common genetic susceptibility loci in European ancestry women for the National Institutes of Health PCOS phenotype, which confers the highest risk for metabolic morbidities, as well as reproductive hormone levels. Three loci reach genome-wide significance in the case–control meta-analysis, two novel loci mapping to chr 8p23.1 and chr 11p14.1, and a chr 9q22.32 locus previously found in Chinese PCOS. The same chr 11p14.1 SNP, rs11031006, in the region of the follicle-stimulating hormone B polypeptide ( FSHB ) gene strongly associates with PCOS diagnosis and luteinizing hormone levels. These findings implicate neuroendocrine changes in disease pathogenesis.

John Chambers, Jaspal Kooner, Pim van der Harst, Shyong Tai, Paul Elliott, Jiang He, Norihiro Kato and colleagues performed a genome-wide association study of blood pressure phenotypes in individuals of European, East Asian and South Asian ancestry. They find trait-associated SNPs at 12 loci, some of which are associated with methylation at nearby CpG sites. We carried out a trans-ancestry genome-wide association and replication study of blood pressure phenotypes among up to 320,251 individuals of East Asian, European and South Asian ancestry. We find genetic variants at 12 new loci to be associated with blood pressure (P = 3.9 × 10−11 to 5.0 × 10−21). The sentinel blood pressure SNPs are enriched for association with DNA methylation at multiple nearby CpG sites, suggesting that, at some of the loci identified, DNA methylation may lie on the regulatory pathway linking sequence variation to blood pressure. The sentinel SNPs at the 12 new loci point to genes involved in vascular smooth muscle (IGFBP3, KCNK3, PDE3A and PRDM6) and renal (ARHGAP24, OSR1, SLC22A7 and TBX2) function. The new and known genetic variants predict increased left ventricular mass, circulating levels of NT-proBNP, and cardiovascular and all-cause mortality (P = 0.04 to 8.6 × 10−6). Our results provide new evidence for the role of DNA methylation in blood pressure regulation.

Summary Fragrant rice is favoured worldwide because of its agreeable scent. The presence of a defective badh2 allele encoding betaine aldehyde dehydrogenase ( BADH 2) results in the synthesis of 2‐acetyl‐1‐pyrroline (2 AP ), which is a major fragrance compound. Here, transcription activator‐like effector nucleases ( TALEN s) were engineered to target and disrupt the Os BADH 2 gene. Six heterozygous mutants (30%) were recovered from 20 transgenic hygromycin‐resistant lines. Sanger sequencing confirmed that these lines had various indel mutations at the TALEN target site. All six transmitted the BADH 2 mutations to the T1 generation; and four T1 mutant lines tested also efficiently transmitted the mutations to the T2 generation. Mutant plants carrying only the desired DNA sequence change but not the TALEN transgene were obtained by segregation in the T1 and T2 generations. The 2 AP content of rice grains of the T1 lines with homozygous mutations increased from 0 to 0.35–0.75 mg/kg, which was similar to the content of a positive control variety harbouring the badh2‐E7 mutation. We also simultaneously introduced three different pairs of TALEN s targeting three separate rice genes into rice cells by bombardment and obtained lines with mutations in one, two and all three genes. These results indicate that targeted mutagenesis using TALEN s is a useful approach to creating important agronomic traits.

When plants are repeatedly injured their growth is stunted and the size of organs such as leaves is greatly reduced. The basis of this effect is not well-understood however, even though it reduces yield of crops injured by herbivory, and produces dramatic effects exemplified in ornamental bonsai plants. We have investigated the genetic and physiological basis of this "bonsai effect" by repeatedly wounding leaves of the model plant Arabidopsis. This treatment stunted growth by 50% and increased the endogenous content of jasmonate (JA), a growth inhibitor, by seven-fold. Significantly, repeated wounding did not stunt the growth of the leaves of mutants unable to synthesise JA, or unable to respond to JA including coi1, jai3, myc2, but not jar1. The stunted growth did not result from reduced cell size, but resulted instead from reduced cell number, and was associated with reduced expression of CycB1;2. Wounding caused systemic disappearance of constitutively expressed JAZ1::GUS. Wounding also activates plant immunity. We show that a gene, 12-oxo-phytodienoate reductase, which catalyses a step in JA biosynthesis, and which we confirm is not required for defence, is however required for wound-induced stunting. Our data suggest that intermediates in the JA biosynthetic pathway activate defence, but a primary function of wound-induced JA is to stunt growth through the suppression of mitosis.