Новый этап точного редактирования генома тополей с помощью CRISPR
Род Populus (тополя, осины) включает около 30 видов деревьев Северного полушария. Из-за их широкого использования в ландшафтном дизайне, сельском хозяйстве, биоэнергетике и промышленности эти виды стали объектом многих программ селекции и генетического улучшения.
Современные биотехнологии, включая геномику и генную инженерию, рассматриваются как инструменты для ускорения одомашнивания тополей. После публикации генома P. trichocarpa в 2006 году и развития технологий секвенирования нового поколения (NGS) исследователи получили возможность изучать генетическую основу важных признаков у тополей.
Инструмент редактирования генома CRISPR/Cas9 широко использовался для создания нокаутов у гибридного тополя "717-1B4" (P. tremula x P. alba INRA 717-1B4). Развитие альтернативных CRISPR-инструментов, таких как CRISPRa и редактирование оснований (base editing), показало большой потенциал для улучшения характеристик растений. Однако применение этих новых инструментов в Populus оставалось очень ограниченным.
В мае 2023 года журнал Horticulture Research опубликовал исследование "CRISPR/Cas9-based gene activation and base editing in Populus".
Активация генов с помощью CRISPRa
- Исследователи создали высокопроизводительную систему оценки CRISPRa на основе репортёрных генов в протопластах.
- Для генов TPX2 и LecRLK-G, важных для роста и защиты растений, были клонированы промоторные области и подобраны sgRNA.
- Система CRISPR-Act3.0 успешно активировала эти
эндогенные гены в стабильных трансгенных тополях:
- В клоне "717-1B4" экспрессия гена TPX2 увеличилась в 1.5–2.9 раза.
- В клоне "WV94" экспрессия гена LecRLK-G возросла в 2 и 7 раз (в разных линиях).
Редактирование оснований (Base Editing)
- Целью было усечение белка PLATZ, связанного с генами болезней, путём внесения преждевременного стоп-кодона.
- В протопластах тополя "717-1B4" два редактора оснований (pHEE901(BE3) и A3A/Y130F-BE3) эффективно вызывали C-to-T мутации.
- Редактор pHEE901(BE3) также показал ожидаемое редактирование оснований в стабильных трансгенных растениях.
Выводы
Исследование демонстрирует новое применение инструментов CRISPR (CRISPRa и редактирование оснований) для улучшения функции генов у двух видов тополей. Система CRISPRa на основе dCas9 эффективно активирует гены у разных генотипов Populus, что может привести к фенотипическим изменениям.
Эта работа закладывает важную основу для генетического улучшения тополей, показывая широкий потенциал CRISPRa и редактирования оснований для древесных видов, что обещает прогресс в селекции деревьев и других садовых растений.