Генетическое «вырезание и вставка» для получения более питательных и устойчивых растений
Исследователи из Института молекулярной и клеточной биологии растений (IBMCP), совместного центра Политехнического университета Валенсии (UPV) и Высшего совета по научным исследованиям Испании (CSIC), упростили геномное редактирование растений. Их прорыв позволит шире использовать системы CRISPR, что открывает путь к созданию новых, более продуктивных и питательных сортов, устойчивых к вредителям, патогенам и таким угрозам, как засуха или экстремальные температуры. Работа опубликована в The Plant Journal.
Технологии редактирования генома на основе систем CRISPR/Cas бактерий и архей позволяют произвольно редактировать генетическую информацию практически всех организмов. Однако для растений этот процесс остаётся трудоёмким и требует много времени.
«В растениях для экспрессии реагентов, необходимых для редактирования — обычно нуклеазы Cas и направляющих РНК (sgRNA) — сначала требуется генетическая трансформация растительной ткани, обычно с помощью бактерии Agrobacterium tumefaciens. Альтернатива, упрощающая процесс, — использование линии, трансформированной нуклеазой Cas9, и экспрессия sgRNA с помощью вирусного вектора», — объясняет Хосе Антонио Дарóс, научный сотрудник CSIC в IBMCP.
В процессе редактирования нуклеаза Cas9 разрезает геномную ДНК в нужном месте под руководством sgRNA. Cas9 — общий элемент для всех процессов, а sgRNA меняются в зависимости от редактируемого гена, что усложняет задачу.
Решение связано с векторами, полученными из растительных вирусов, которые благодаря способности к репликации и перемещению могут быстро экспрессировать высокие уровни sgRNA во всех тканях растения. Исследователи IBMCP разработали новый вирусный вектор на основе вируса X картофеля, который позволяет просто и эффективно одновременно экспрессировать несколько sgRNA.
«Результаты показали, что несколько sgRNA могут экспрессироваться с помощью этого вирусного вектора без необходимости разделять их сигналами для процессинга. При этом достигаются высокие уровни редактирования во всех генах», — говорит Мирея Уранга, соавтор исследования.
Учёные также подтвердили, что из семян растений, заражённых вектором, можно получить новые растения с отредактированным геномом, свободные от вируса.
«Этот тип технологического прогресса значительно ускорит получение новых сортов растений с улучшенными питательными и агрономическими свойствами», — заключает Хосе Антонио Дарóс.