Редактирование кукурузных зёрен с помощью CRISPR

Кукуруза (маис) за тысячи лет эволюционировала от сорных растений с початками менее чем в дюжину зёрен до современных початков, набитых сотнями сочных зёрен. Мощные техники редактирования ДНК, такие как CRISPR, могут ускорить этот процесс. Профессор Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор Дэвид Джексон и его постдок Лэй Лю в сотрудничестве с доцентом Массачусетского университета в Амхерсте Мадлен Бартлетт использовали эту высокоспецифичную технику, чтобы варьировать количество зёрен в початке. Лаборатория Джексона стала одной из первых, применивших CRISPR к очень сложному геному кукурузы.

ДНК делится на две части: ген и регуляторные области, которые усиливают или подавляют активность гена. Джексон поясняет:

«Многие использовали CRISPR в очень простом смысле — просто чтобы полностью разрушить ген, выбить его. Но мы придумали новую идею: применять CRISPR к промоторным областям, которые включают ген. И именно это даёт очень интересный результат, когда мы можем получить вариацию признаков, необходимую в сельском хозяйстве».

Целью Джексона было увеличить количество зёрен на початке. Путь развития кукурузного зерна включает гены, которые способствуют росту стволовых клеток и их дифференцировке в различные органы растения. Джексон и Лю сосредоточились на семействе генов CLE, которое действует как тормоз, останавливающий рост стволовых клеток. Однако геном кукурузы сложен. Семейство CLE содержит почти 50 родственных генов с промоторными областями, варьирующимися от гена к гену. Какие части наиболее важны для производства зёрен? Лю говорит:

«По сути, мы случайным образом нацеливались на промоторную область: мы не знаем, какая часть промотора важна. Вероятно, следующий шаг — больше сосредоточиться на выяснении, какая часть промотора критична. И тогда, возможно, мы сделаем наш промоторный CRISPR более эффективным. Мы сможем получить лучший аллель, который может дать более высокую урожайность зерна или размер початка».

Зерновые культуры, такие как кукуруза, являются основным источником пищи для людей и корма для скота. Джексон и Лю надеются, что их новая стратегия CRISPR позволит увеличить урожайность с акра и сделает сельское хозяйство более устойчивым.

Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.