Система Cas9-PE обеспечивает точное редактирование и сайт-специфичный случайный мутагенез в рисе

Совмещение разных типов мутаций в нескольких геномных локусах и получение свободных от трансгенов растений уже в поколении T₀ — важная цель в селекции сельхозкультур. Хотя прайм-редактирование (PE), как новейшая технология точного редактирования генов, позволяет осуществлять любые типы замен оснований и небольшие вставки или делеции, эффективность редактирования сильно различается для разных сайтов. Это создаёт серьёзную проблему для совмещения нескольких типов мутаций в одном растении.

Совместная исследовательская группа под руководством Ли Цзяяна из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук разработала инструмент для мультиплексного редактирования генов — систему Cas9-PE. Она способна одновременно обеспечивать как точное редактирование, так и сайт-специфичный случайный мутагенез в рисе.

Используя в качестве селективного маркера совместное редактирование гена ALS^S627I для придания устойчивости к гербициду биспирибаку-натрию (BS) и метод агробактериальной трансформации, исследователи также добились получения свободных от трансгенов растений с отредактированными генами уже в поколении T₀.

Исследование опубликовано в журнале Trends in Biotechnology.

В селекции растений требуется не только точное редактирование для внесения желаемых функциональных мутаций, но и определённая степень случайного мутагенеза. Это можно использовать для нокаута регуляторных генов, вызывающих нежелательные фенотипы или влияющих на агрономические признаки, а также для получения неожиданных полезных вариаций.

Исходя из этой потребности, исследователи разработали для риса систему прайм-редактирования, опосредованного Cas9 (Cas9-PE), восстановив у nCas9 активность двухцепочечной нуклеазы вместо активности одноцепочечной. Система Cas9-PE не только сохранила способность к точному редактированию с помощью pegRNA, но и приобрела новую функцию — направленный случайный мутагенез с помощью sgRNA, что предоставляет эффективный инструмент для селекции.

Ранее было показано, что точное редактирование сайта S627I в эндогенном гене ацетолактатсинтазы (ALS) может придавать рису устойчивость к гербициду биспирибаку-натрию (BS).

В данной работе исследователи использовали систему Cas9-PE для внесения точного редактирования ALS^S627I в рамках мультиплексной системы редактирования генов, чтобы придать устойчивость к BS. Было получено 23 растения риса, из которых у семи были редактирования в сайте ALS^S627I. Среди них три растения были одновременно свободны от экзогенных трансгенных компонентов и имели точные редактирования в сайте ALS^S627I, причём у двух из них было достигнуто совмещение точного редактирования и случайных мутаций в других генах-мишенях.

С помощью этой стратегии система Cas9-PE успешно создала свободные от трансгенов растения с мультиплексным редактированием генов уже в поколении T₀.