Sciencemag.cz
Doporučujeme
Až dosud se CRISPR/Cas9 používala (téměř výlučně) k vyřazení genu nebo snížení genové exprese, nyní se podařilo čtení příslušného genu naopak zvýšit a spolu s tím zintenzivnit i fotosyntézu. Na Kalifornské univerzitě v Berkeley dosáhli zvýšení exprese genů u potravinářské plodiny změnou její předřazené regulační DNA.
„Nástroje, jako je CRISPR/Cas9, urychlují naši schopnost vyladit genovou expresi v plodinách, spíše než jen vyřazovat jednotlivé geny nebo je ‚vypínat‘. Již dřívější výzkum ukázal, že tento nástroj lze použít ke snížení exprese genů, které se podílejí na důležitých kompromisech, například mezi architekturou rostlin a velikostí plodů,“ uvedl hlavní autor studie Dhruv Patel-Tupper.
Zefektivnění fotosyntézy přitom nevyžadovalo vnášet do rýže nějaké cizí geny, jak to provádějí techniky syntetické biologie. (Poznámka PH: Jak tomu zjednodušeně rozumím, prostě se naopak snížila/potlačila exprese části DNA, která v rámci nějakého evolučního kompromisu fotosyntézu regulovala; proto došlo ke zvýšení exprese daného genu i příslušné aktivity. Viz dále.)
Nová práce se inspirovala výzkumem z roku 2018, který podobnou technikou zvýšil schopnost rostlin využívat vodu. Také v tomto případě se upravovala exprese genů Psbs.
Podle Organizace pro výživu a zemědělství poskytuje rýže lidstvu nejméně 20 % světové spotřeby kalorií. Výzkum se odehrál v rámci projektu Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), který zastřešuje University of Illinois (Urbana-Champaign) a podporuje mj. Nadace Billa a Melindy Gatesových.
Plánem vědců bylo použít CRISPR/Cas9 ke změně DNA před cílovým genem. „Předsazená sekvence“ řídí, jak moc a kdy se gen projeví. Zajímalo je, zda provedení změn bude mít vliv na následnou aktivitu a o kolik. Výsledky překvapily i je samotné. Změny v DNA, které zvýšily expresi genu, byly mnohem větší, než očekávali.
Regulační DNA byla upravena inverzí. Autoři výzkumu dále sekvenovali RNA, aby porovnali, jak se změnila aktivita všech genů v genomu rýže po jejich úpravách. Zjistili jen velmi malý počet dalších rozdílně exprimovaných genů, což naznačuje, že jejich přístup/zásah byl vysoce cílený a nezměnil jiné zásadní procesy.
Rostliny jsou „zvyklé“ na rozsáhlé přestavby své DNA, a to jak z původní „přírodní“ evoluce, u pěstovaných plodin pak i díky domestikaci. Tato jejich plasticita by měla umožnit zásadní přetváření rostlin během několika generací/let.
„Ukázali jsme zde důkaz konceptu (proof of concept), že můžeme pomocí CRISPR/Cas9 generovat varianty v klíčových genech plodin a dosáhnout stejných skoků jako při tradičních přístupech šlechtění rostlin, ale velmi cíleně na znak, který chceme upravit, a v mnohem rychlejším časovém měřítku,“ uvedl D. Patel-Tupper. „Je to rozhodně obtížnější než pomocí přístupu transgenních rostlin, ale tím, že změníme něco, co už existuje, můžeme předejít regulačním problémům. Ty mohou zpomalit to, jak rychle dostaneme takové nástroje do rukou zemědělců.“
Dhruv Patel-Tupper et al, Multiplexed CRISPR/Cas9 mutagenesis of rice PSBS1 non-coding sequences for transgene-free overexpression, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adm7452. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm7452
Zdroj: University of Illinois (Urbana-Champaign)
