CRISPR-растения: новый не-ГМО метод редактирования растений
Исследователь из Университета Северной Каролины разработал новый способ доставки CRISPR/Cas9 в клетки растений без вставки чужеродной ДНК. Это позволяет проводить точные генетические делеции или замены, а конечный продукт не является генетически модифицированным организмом (ГМО).
CRISPR/Cas9 — это инструмент для точного вырезания, удаления или замены конкретной генетической последовательности. Белок Cas9 действует как молекулярные ножницы, направляемые к цели легко заменяемой РНК-гидовой молекулой.
Потенциал системы для улучшения сельскохозяйственных культур огромен, но стандартные методы доставки CRISPR/Cas9 в клетки растений часто предполагают вставку чужеродной ДНК, что делает конечный урожай ГМО. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) и Министерство сельского хозяйства США (USDA) регулируют такие культуры, определяя ГМО по наличию в конечном продукте ДНК-последовательностей других видов.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Plant Cell Reports, биотехнолог Вушен Лю продемонстрировал новый способ введения белка Cas9 и гидовой РНК в клетки растений без использования чужеродной ДНК.
Ключевой метод: липофекция
Метод использует липофекцию — доставку с помощью положительно заряженных липидов. Они образуют липосому (пузырёк), окружающую комплекс Cas9/gRNA. Липосома связывается и сливается с клеточной мембраной растения, доставляя CRISPR-комплекс внутрь клетки.
«Это первый случай, когда кому-то удалось доставить белок Cas9 в клетки растений с помощью липофекции», — заявил Лю.
Преимущества доставки белка (вместо ДНК)
- Не-ГМО статус: Не происходит переноса специфических ДНК-последовательностей от одного вида к другому.
- Снижение «внецелевого» редактирования: Белок Cas9 деградирует через 3–5 дней, что сокращает риск нежелательных разрезов в геноме (off-target cleavage).
- Обход ограничений традиционных методов: Стандартный метод доставки ДНК с помощью Agrobacterium не позволяет контролировать место вставки в геноме, не работает для многих элитных сортов и создаёт ГМО.
Текущие ограничения и будущие разработки
Для липофекции необходимо удалить жёсткую клеточную стенку, получив протопласты. Регенерация целого растения из протопласта требует сложной комбинации гормонов и питательных веществ. Методы отработаны для более чем 50 культур (пшеница, томаты, клубника, табак), но не для всех.
Лю также работает над другими методами доставки белка Cas9, не требующими удаления клеточной стенки. Один из них предполагает использование наночастиц для введения Cas9 в пыльцевые зёрна. При опылении пыльцевая трубка доставит Cas9 в семязачаток, и часть полученных семян будет иметь желаемые генетические edits. Первыми целями для этого метода станут томат и конопля.
Исследование финансируется программой USDA AFRI «Сельскохозяйственные инновации через геномное редактирование». Коллеги Лю уже применяют эти не-ГМО методы для улучшения декоративных растений и батата.