Расширение возможностей геномного редактирования растений: шесть новых вариантов CRISPR-Cas12a

В новой публикации в Nature Communications группа под руководством доцента наук о растениях Университета Мэриленда Ипин Ци представила шесть новых вариантов CRISPR-Cas12a, ранее не применявшихся в растениях. Их протестировали на рисе — одной из ключевых мировых сельскохозяйственных культур. Эти инструменты, на которые подана патентная заявка, значительно расширяют возможности CRISPR-Cas12a в растениях.

Два ключевых прорыва

  1. Новые варианты Cas12a: Впервые в растениях протестированы несколько вариантов Cas12a. Особенно важным оказался вариант Mb2Cas12a, который работает со смягченными требованиями к PAM-последовательности — короткой последовательности ДНК, которую CRISPR-системы используют для поиска цели. Это резко расширяет диапазон возможных мишеней для редактирования.

  2. Высокоэффективное мультиплексное редактирование: Разработана система, позволяющая одновременно редактировать множество разных участков генома. В качестве доказательства концепции команда сначала успешно отредактировала 6 генов, связанных с урожайностью и устойчивостью к болезням у риса.

«Мы добавили еще 10 мишеней и попытались нацелиться на 16 участков, и обнаружили, что почти на всех хромосомах риса мы достигли удивительно высокой эффективности — все сайты были отредактированы одновременно в одном поколении. Это самое большое количество генов в растении, когда-либо зарегистрированное как отредактированное за один раз в одном поколении для Cas12a», — объясняет Ипин Ци.

Практическое значение и новые функции

  • Точная селекция: Возможность редактировать множество генов одновременно позволяет точно настраивать признаки растения, такие как устойчивость к болезням, эффективность использования азота, толерантность к температуре и другие.
  • Репрессия генов: В работе также продемонстрирована возможность использования инактивированной формы Cas12a в качестве синтетического репрессора генов в модельном растении Arabidopsis. В этом режиме Cas12a действует не как «ножницы» для разрезания ДНК, а как «клей», привлекающий репрессоры для подавления экспрессии нежелательных генов.

Будущая работа будет направлена на применение этих инструментов к другим растениям и культурам для повышения урожайности и устойчивости в меняющемся мире.