Улучшение CRISPR/Cas: Исследователи выключают несколько генов в растениях одновременно

С помощью улучшенной версии инструмента редактирования генов CRISPR/Cas9 исследователи выключили до двенадцати генов в растениях за один раз. До сих пор это было возможно только для одиночных генов или небольших их групп. Подход был разработан исследователями из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и Института биохимии растений им. Лейбница (IPB). Метод упрощает изучение взаимодействия различных генов. Исследование опубликовано в The Plant Journal.

Наследование признаков у растений редко бывает таким простым и прямым, как описывал Грегор Мендель. Монах, чьи эксперименты в XIX веке по наследованию признаков у гороха заложили основы генетики, на самом деле оказался удачлив. «В признаках, которые изучал Мендель, случайно действовало правило, что только один ген определяет конкретный признак, например, цвет гороха», — говорит генетик растений д-р Йоханнес Штуттманн из Института биологии MLU. По словам исследователя, всё часто бывает гораздо сложнее. Часто существуют разные гены, которые в результате взаимодействия друг с другом определяют определённые признаки, или они частично избыточны, то есть приводят к одному и тому же признаку. В этом случае, когда выключается только один из этих генов, эффекты не видны у растений.

Учёные из MLU и IPB разработали способ более целенаправленного изучения этого сложного явления, улучшив CRISPR/Cas9. Эти инструменты редактирования генов можно использовать для разрезания ДНК организмов в определённых местах. Команда опиралась на работу биолога д-ра Сильвестра Марильонне, который разработал в IPB оптимизированный строительный блок для системы CRISPR/Cas9. «Этот блок помогает производить значительно больше фермента Cas9 в растениях, который действует как ножницы для генетического материала», — объясняет Штуттманн. Исследователи добавили до 24 различных направляющих РНК (guide RNAs), которые направляют фермент-ножницы к нужным местам в генетическом материале. Эксперименты на резуховидке Таля (Arabidopsis thaliana) и диком табаке Nicotiana benthamiana доказали, что подход работает. В растениях табака одновременно можно было выключить до восьми генов, в то время как у резуховидки Таля в некоторых случаях можно было выключить до двенадцати генов. По словам Штуттманна, это значительный прогресс: «Насколько я знаю, наша группа первой успешно воздействовала сразу на столько генов-мишеней. Это может позволить преодолеть избыточность генов», — говорит биолог.

До сих пор создание множественных мутаций было гораздо более сложным процессом. Растения приходилось поэтапно выводить с одной мутацией каждое, а затем скрещивать друг с другом. «Это не только требует много времени, но и не всегда возможно», — говорит Штуттманн. Новый подход, разработанный в MLU и IPB, преодолевает эти недостатки и может оказаться более эффективным методом исследования. В будущем также станет возможным тестировать случайные комбинации нескольких генов для выявления избыточности. Только в случае заметных изменений признаков растения тогда потребуется специально анализировать генетический материал новых растений.