Nová varianta CRISPR zlepšuje možnosti editace genomu rostlin

19.9.2022 |

Americká webová stránka ScienceDaily (publikující informace o nejnovějších objevech předních světových univerzit a výzkumných organizací) uveřejnila informaci, že vědci Marylendské university (University of Maryland, UMD) vyvinuli metodu zvanou CRISPR-Combo, která umožňuje upravovat současně více genů v rostlinách a zároveň měnit expresi jiných genů. Tento nový nástroj umožní další kombinace genetických úprav, které mohou společně zlepšit požadované vlastnosti při šlechtění nových plodin.

Před deseti lety zjednodušila technologie CRISPR-Cas9 vědcům cílené úpravy genetického kódu živých organismů. Otevřela možnosti pro nové způsoby léčby řady nemocí, například rakoviny, cukrovky, genetických forem slepoty nebo krevních chorob. S její pomocí lze také získat odolnější plodiny, nové formy kontroly škůdců a užitečné nové druhy mikroorganismů.

Jakkoli byl tento nástroj revoluční, měl svá omezení. Původní metoda CRISPR dokázala plnit jedinou funkci - odstraňovat nebo nahrazovat geny v genetické sekvenci. Pozdější iterace CRISPR umožnily vědcům úpravu několika různých genů současně, nebo měnit expresi genů jejich zapnutím nebo vypnutím, aniž by bylo nutné odstranit je z genomu. Nebylo však možné provést obě tyto změny najednou.

To se však podařilo nyní vědcům z UMD, kteří v nové studii zkombinovali obě tyto techniky do jednoho nástroje, příznačně nazvaného CRISPR-Combo.

Tým testoval koncept v několika experimentech. Nejprve použil rostliny rajčat a rýže, aby prokázal, že mohou aktivovat obě funkce bez jakéhokoli křížení – a testy byly úspěšné. "Jako důkaz funkčnosti konceptu jsme ukázali, že můžeme úspěšně vyřadit gen A a regulovat nebo aktivovat gen B, aniž by došlo k náhodnému zkřížení a vyřazení genu B nebo regulaci genu A," řekl Yiping Qi, docent na katedře rostlinných věd a krajinné architektur a spoluautor studie.

Dále experimentovali s běžnou laboratorní rostlinou huseníčkem (Arabidopsis), aby prozkoumali, jak lze provést dvě požadované změny současně. Upravili gen, díky kterému jsou rostliny odolnější vůči herbicidům, a aktivovali gen kódující protein florigen, díky němuž rostliny dříve kvetou. Konečným výsledkem byl huseníček odolný vůči herbicidům s dvakrát rychlejší reprodukcí - poskytuje osm generací za jediný rok namísto běžných čtyř.

V dalších testech si tým dal za cíl zlepšit efektivitu šlechtění nových odrůd rostlin pomocí tkáňové kultivace. Šlechtitelské programy pro vývoj nových odrůd rostlin obecně používají tkáňové kultury spíše než semena - vědci geneticky upravují kmenové buňky, které mají schopnost vyrůst v plné rostliny, které dozrají a produkují semena. Semena pak nesou genetické modifikace provedené na kmenových buňkách. Některé rostliny se regenerují z tkáňových kultur lépe než jiné, ale tento krok je často velikou překážkou v genetickém inženýrství plodin. U některých rostlin je úspěšnost pouze 1 %.

Vědci upravili některé zájmové geny v topolech a aktivovali tři další, které podporují regeneraci tkání rostlin; zjistili, že upraveným vzorkům topolů rostly nové kořeny mnohem rychleji, což zlepšilo úspěšnost regenerace rostlinné tkáně upravených plodin. "U topolů jsme ukázali, že naše nová metoda by mohla nabídnout řešení problému regenerace tkání a dramaticky zvýšit efektivitu genetického inženýrství," řekl Qi.

V průběhu experimentů také zjistili, že i rostliny rýže upravené pomocí CRISPR-Combo rostou z kultur, aniž by potřebovaly obvyklé doplňky růstového hormonu; také exprimovaly upravený gen více než rostliny pěstované s hormonální suplementací.

Tým říká, že nová technika otevírá širokou škálu možností, jak efektivněji upravovat hospodářské plodiny a další rostliny a propůjčovat jim kýžené vlastnosti, jako je odolnost vůči herbicidům a lepší výživa.

Nyní, když tým ukázal, že jejich metoda CRISPR-Combo funguje na různých rostlinách pro různé účely, mají v úmyslu provést experimenty s citrusy, mrkví a bramborami, aby otestovali její obecnou použitelnost u ovoce, zeleniny a základních plodin. Pracují také na vytvoření zlaté rýže odolné vůči herbicidům se zlepšeným nutričním obsahem a červené rýže se zvýšeným množství antioxidantů.

"Možnosti jsou opravdu neomezené, pokud jde o vlastnosti, které lze kombinovat," řekl vedoucí týmu Yiping Qiy. "Ale co je opravdu vzrušující, je to, že CRISPR-Combo zavádí do genetického inženýrství u rostlin takovou úroveň sofistikovanosti, jakou jsme dosud neznali."

Závěrem lze tedy říci, že CRISPR-Combo se jeví jako univerzální nástroj genomového inženýrství se slibným využitím ve šlechtění plodin.

 

Zdroje:

 

( B)