Улучшение редактирования растений за счет усиления репарации ДНК

Новая система редактирования генома повышает эффективность безошибочного пути репарации ДНК (HDR), что может помочь улучшить агрономические признаки у различных сельскохозяйственных культур.

В клетках растений существуют два основных пути репарации разрывов ДНК:

  • NHEJ (негомологичное соединение концов) — доминирующий, но подверженный ошибкам.
  • HDR (репарация, направляемая гомологией) — безошибочный, но неэффективный в растениях.

Исследователи из KAUST разработали систему для усиления HDR. Она основана на белке Cas9, выполняющем роль "ножниц" для ДНК. К Cas9 присоединен белок VirD2 из бактерии Agrobacterium tumefaciens, который естественным образом доставляет ДНК в ядро растительной клетки.

Принцип работы системы Cas9-VirD2:

  1. Направляющая РНК ведет комплекс к целевой последовательности в геноме.
  2. Cas9 делает разрыв в ДНК.
  3. VirD2 удерживает матрицу для репарации (с нужной модификацией) вблизи разрыва.
  4. Клеточный механизм HDR использует эту матрицу для точного исправления.

Результаты:

  • Связывание матрицы репарации с системой Cas9-VirD2 повысило частоту HDR в 5.5 раз в растительных клетках по сравнению с использованием только Cas9.
  • Система успешно протестирована на клетках риса, модификации были точными и наследуемыми.

Конкретные примеры успешного редактирования в рисе:

  1. Ген ацетолактатсинтазы — модификация придает устойчивость к гербицидам.
  2. Ген гистондеацетилазы (вовлечен в развитие и реакцию на стресс) — успешно присоединен белковый тег.
  3. Ген каротиноид-расщепляющей диоксигеназы 7 (CCD7) — точное редактирование привело к карликовости растений и увеличению числа продуктивных побегов.

По словам руководителя исследования Магди Махфуза, система Cas9-VirD2 проверена для точного редактирования генома растений с целью улучшения сельскохозяйственных культур и потенциально может быть адаптирована для большинства видов растений и животных. В настоящее время команда тестирует систему для множественного редактирования генов и улучшения различных агрономических признаков у культур.

2020-04-07