Новий підхід до редагування генів, розроблений вченими з UC Davis та UC Berkeley, може значно прискорити процес селекції рослин, дозволяючи ефективно редагувати гени без вставки чужорідної ДНК.
Про це повідомляє сайт Аграрії разом з посиланням на Agropages.
Редагування генів має величезний потенціал для вирішення проблеми зростаючого населення світу, але нинішні методи є складними, тривалими і працюють лише з деякими видами рослин. Основною проблемою є розмір CRISPR/Cas9, який занадто великий для доставки в клітини рослин.
У новому дослідженні, опублікованому в Nature Plants, дослідники з UC Davis та UC Berkeley представили менший альтернативний редактор генів, який може подолати ці труднощі. Вони використали модифіковану версію ферменту “стрибучого гена” для редагування геному тютюнових рослин через одноетапний процес. Метод виявився високоефективним, і отримані генетичні зміни успадковувалися понад 90% наступного покоління рослин.
“Нам потрібні надзвичайно ефективні редактори генів для розробки рослин, які можуть протистояти стресорам, таким як посуха і патогени, або давати вищі врожаї,” зазначив Савітрамма Дінеш-Кумар, професор і голова кафедри біології рослин.
Вірусні кур’єри з обмеженням вантажу
Вчені часто використовують віруси для доставки обладнання для редагування генів у клітини рослин і тварин, оскільки віруси природно вставляють ДНК і РНК у клітини, які вони інфікують. Проте, рослинні віруси мають обмеження на обсяг вантажу, і CRISPR/Cas9 занадто великий для їх доставки.
Для подолання обмежень вірусів і усунення необхідності генетичної модифікації команда досліджувала можливість використання меншого альтернативного редактора Cas9, ферменту під назвою TnpB, для редагування генів у рослинах. TnpB пов’язаний з транспозонами або “стрибучими генами”, короткими послідовностями ДНК, які можуть переміщатися між різними частинами геному, використовуючи схожий механізм “вирізання та вставки” з CRISPR/Cas9.
Покращення природних редакторів генів
Природний бактеріальний TnpB вже показав здатність редагувати гени в клітинах людини і рослин, але його ефективність становила лише 3-10%. Для підвищення ефективності редагування генів TnpB дослідники протестували дві покращені версії TnpB (eTnpBc і eTnpBe), розроблені групою Дейва Севіджа в IGI. Для підвищення спадковості вони також додали коротку РНК-послідовність, яка допомагає вірусу поширюватися на зародкову лінію рослини.
Дослідники протестували модифіковані TnpB на тютюнових рослинах (*Nicotiana benthamiana*) і використали тютюновий вірус для доставки. Вони порушили ген *Phytoene desaturase (PDS)*, який бере участь у синтезі пігменту, щоб зробити редагування генів легко помітним. Коли *PDS* вимикається, тканина рослини стає білою.
Коли вони ввели віруси, що містять TnpB, у дворічні сіянці тютюну, вони могли бачити, що редагування генів відбувається, оскільки на листках з’являлися білі плями. Молекулярний аналіз команди підтвердив, що eTnpBc, який досяг ефективності редагування генів до 70%, був більш ефективним, ніж eTnpBe або природна версія TnpB, яка викликала ефективність редагування 26% і 12% відповідно.
Високоспадкове редагування генів
Для перевірки спадковості генних змін дослідники зібрали та проростили насіння рослин з відредагованими генами. Вони показали, що генні зміни, спрямовані на *PDS* і *CHlH*, були високоспадковими: 89% сіянців, вирощених з рослин з відредагованим *PDS*, були повністю білими, тоді як 100% сіянців з рослин з відредагованим *ChlH* були повністю жовтими.
Наступним кроком є адаптація TnpB для використання у сільськогосподарських культурах, таких як томати та перець, які належать до тієї ж родини, що й тютюн.