CROPSR: Nový nástroj k urychlení genetických objevů

2.5.2022 |

Komerčně přínosné plodiny pro výrobu biopaliv mají zásadní význam pro snížení emisí skleníkových plynů.  Nový nástroj vyvinutý Centrem pro pokročilé inovace v oblasti bioenergie a bioproduktů (CABBI) by měl urychlit jejich vývoj a zároveň pokrok v oblasti genetických úprav obecně.

Po mnoho generací byly genomy plodin modifikované šlechtěním tak, aby došlo k optimalizaci požadovaných specifických vlastností. Donedávna byli šlechtitelé omezeni selekcí na základě přirozeně se vyskytující rozmanitost vlastností rostlin. 

V moderním genovém inženýrství je CRISPR/Cas "vlajkovou lodí" většiny metod pro cílenou úpravu genů. Lze ji použít k záměrnému vyříznutí úseků DNA v buňkách různých organismů s cílem nahradit je jinými úseky DNA nesoucími požadovaný gen. Cílový úsek DNA je rozpoznán vodicí (angl. guide) RNA (gRNA), a poté jej vyřízne protein Cas.

Softwarové nástroje nezbytné pro navrhování a vyhodnocování experimentů realizovaných pomocí metody CRISPR byly dosud postaveny na základě editace genomů bakterií a savců, jejichž vlastnosti se výrazně liší od těch rostlinných. Mnoho rostlin, zejména plodiny pro výrobu biopaliv, má velmi složité polyploidní genomy s více sadami chromozomů. A některé softwarové nástroje pro úpravu genů založené na diploidních genomech savců mají s polyploidními genomy plodin problémy.

Určité vlastnosti, zejména ty, které se týkají stresu rostlin, disponují záložními systémy, a proto mohou být regulovány souborem několika genů. Vědec může navrhnout experiment, při němž vyřadí jeden gen, aniž by věděl o jiném se stejnou funkcí. Problém tak může být objeven až ve chvíli, kdy rostlina dozraje a je zjevné, že k požadované změně vlastností nedošlo. To je nepříjemné zvlášť u plodin, které vyžadují pro svůj růst specifické povětrnostní podmínky, a vynechání jedné sezóny může znamenat roční zpoždění ve vývoji. 

K vyřešení tohoto problému tým vědců z CABBI vytvořil software CROPSR, který revidoval přístup k navrhování a vyhodnocování sekvencí gRNA s ohledem na skutečnost, že je nutné vyříznout všechny kopie genu a neovlivnit necílové časti DNA. Podle studie zveřejněné v časopise BMC Bioinformatics tento celogenomový přístup výrazně zkracuje dobu potřebnou k návrhu experimentů prováděných pomocí metody CRISPR, snižuje náročnost práce s plodinami a urychluje návrh, hodnocení a validaci sekvencí gRNA.

Tým vývojářů zahrnul do CROPSR i možnost vytvoření databáze gRNA pro celý genom plodiny. Tento proces je sice výpočetně a časově náročný a obvykle trvá několik dní, ale stačí jej provést jednou a databázi pak lze využívat pro všechny související experimenty.

Namísto vyhledávání cílového genu v online databázi, následného použití současných nástrojů k návrhu samostatných vodítek pro několik různých míst v genomu a provádění několika kol experimentů, by tak bylo možné vyhledat gen ve vlastní databázi a vidět všechna dostupná vodítka. CROPSR by ukázal i další místa v genomu, na která se mají vědci zaměřit, což by značně usnadnilo návrh experimentu. 

 

Zdroje: