Миниатюрный инструмент CRISPR открывает путь к более быстрому и простому редактированию генома растений
Традиционные методы трансформации растений трудоемки, дороги и не работают для многих важных сельскохозяйственных культур.
Исследование под руководством UCLA, опубликованное в Nature Plants, преодолевает эти ограничения, разработав упрощенный метод наследственного редактирования генома растений без трансгенов. В нем используется миниатюрная система CRISPR, доставляемая обычным растительным вирусом.
Совместно с со-изобретателем CRISPR-Cas9 Дженнифер Даудной и Джилл Бэнфилд из UC Berkeley, Стивен Джейкобсен, профессор молекулярной, клеточной биологии и биологии развития в UCLA, модифицировал вирус погремковости табака (tobacco rattle virus) для доставки компактного CRISPR-подобного фермента ISYmu1. Целью были специфические последовательности ДНК в модельном растении Arabidopsis thaliana.
Ключевые моменты:
- Изменения в геноме наследуются последующими поколениями.
- Система не оставляет в отредактированном растении ни вируса, ни чужеродной ДНК.
"CRISPR обладает огромным потенциалом в сельском хозяйстве... Этот подход объединил сильные стороны нашей лаборатории с лабораторией Джейкобсена в UCLA для разработки нового метода точного CRISPR-инжиниринга в сельскохозяйственных культурах", — сказала Дженнифер Даудна.
Ключевые разработки
Исследователи создали миниатюрную систему CRISPR, которая использует вирус погремковости табака для доставки инструментов редактирования генов непосредственно в зародышевые (репродуктивные) клетки Arabidopsis thaliana.
Проблема традиционных методов: они требуют культивирования тканей в чашках Петри, модификации по одной клетке и последующего восстановления целых растений — процесс, который занимает годы и не работает для многих ценных культур.
Вирусы растений — отличный механизм доставки, но обычные системы CRISPR слишком велики для упаковки в них. Новый метод преодолевает это ограничение, используя CRISPR-подобный ДНК-разрезающий фермент (ISYmu1), достаточно маленький, чтобы поместиться в вирус.
Как были получены результаты?
- Скрининг различных миниатюрных систем CRISPR в растительных клетках выявил компактный фермент ISYmu1 как наиболее эффективный инструмент.
- Вирус погремковости табака был модифицирован для переноса этого редактора и введен в растения с помощью природной почвенной бактерии.
- Вирус распространялся по растению, доставляя систему CRISPR.
- Успешное редактирование визуально маркировалось побелением пораженных областей, включая проростки, что подтверждало достижение репродуктивных клеток.
- Поскольку растения естественным образом блокируют проникновение вирусов в семена, только модификация ДНК передается следующему поколению.
Таким образом, за один шаг и одно поколение система позволяет создавать совершенно нормальные растения с одним целевым изменением ДНК.
Значение и перспективы
Эта система знаменует начало нового поколения инструментов для редактирования генома, способных революционизировать селекцию сельскохозяйственных культур. Подход может ускорить создание культур с более высокой урожайностью, улучшенным питательным профилем и лучшей адаптацией к изменению климата.
Особенно перспективно то, что вирус погремковости табака может инфицировать более 400 видов растений. Это означает потенциальную применимость системы для томатов и многих других важных культур.
Следующие шаги
- Тестирование технологии на других растениях, включая важные сельскохозяйственные культуры.
- Разработка возможности мультиплексирования — внесения нескольких изменений в геном одновременно (сейчас система вносит только одно изменение за раз).
- Повышение эффективности за счет улучшения как самой системы CRISPR, так и частоты инфицирования.