Nauka

Elastyczny i łatwy w uprawie miskant (lub trawa srebrzysta) wykazuje ogromny potencjał jako zrównoważona uprawa bioenergetyczna. Ta wydajna, wieloletnia trawa może rosnąć na gruntach marginalnych i wymaga ograniczonego nawożenia. Wykazuje również dużą tolerancję na suszę i niskie temperatury oraz wykorzystuje wydajną formę fotosyntezy. Poprzednie próby genetycznego udoskonalenia miskanta koncentrowały się na przekształcaniu roślin poprzez wprowadzanie zewnętrznych genów w losowych miejscach ich genomów. W tym badaniu naukowcy opracowali procedury edycji genów przy użyciu CRISPR/Cas9. Umożliwi to naukowcom selektywne celowanie w istniejące geny w celu wyeliminowania lub zmodyfikowania ich funkcji i wprowadzenia nowych genów w ściśle określone miejsca. Ta zdolność celowania oferuje nową drogę do opracowywania ulepszonych odmian o zwiększonej szybkości i specyficzności.

Wpływ

Precyzyjna edycja genów pozwoli naukowcom wykorzystać ogromny potencjał tej wysoce produktywnej, ale złożonej genetycznie trawy. Miskant jest obiecującym źródłem biopaliw, odnawialnych bioproduktów i sekwestracji dwutlenku węgla. Ostatecznie może pomóc zmniejszyć zależność od energii opartej na ropie naftowej. Zwiększyłoby to szersze wysiłki na rzecz rozwoju zrównoważonej produkcji bioenergii i inżynierii wybranych upraw w celu produkcji nowych bioproduktów, takich jak oleje i chemikalia o wysokiej wartości. Te nowe badania poszerzają możliwości naukowców w zakresie precyzyjnej edycji miskanta w celu zwiększenia produktywności, uprawy na terenach marginalnych i produkcji specjalistycznych chemikaliów. Pomoże to zrealizować jej status jako opłacalnej uprawy bioenergetycznej.

Streszczenie

Zespół Centrum Zaawansowanych Innowacji Bioenergii i Bioproduktów (CABBI) zademonstrował edycję genów trzech gatunków miskanta — wysoce produktywnego Miscanthus x giganteus, który jest komercyjnie uprawiany na potrzeby bioenergii, oraz jego rodziców, M. sacchariflorus i M. sinensis. Ponieważ rośliny te są paleopoliploidalnymi, ze zduplikowanym starożytnym DNA przypominającym sorgo i wieloma zestawami chromosomów, projekt przewodnich RNA, które lokalizują materiał genetyczny do edycji, wymagał ukierunkowania na wszystkie kopie genu, aby uwzględnić nadmiarowość i zapewnić pełny „ wyeliminowanie” funkcji genu.

Naukowcy z CABBI oparli się na podobnej edycji genów u Zea mays (kukurydza), która zidentyfikowała gen Lemon White 1 (lw1) jako pomocny cel wizualnego potwierdzenia zmian genetycznych. Gen ten bierze udział w biosyntezie chlorofilu i karotenoidów, co wpływa na kolor liści, a wcześniejsze badania wykazały, że edycja lw1 za pomocą CRISPR/Cas9 dała fenotypy bladozielonych/żółtych, pasiastych lub białych liści. Wykorzystując informacje o sekwencji zarówno z miskanta, jak i sorgo, naukowcy zidentyfikowali przewodnie RNA, które mogłyby kierować homeologami lub zduplikowanymi kopiami genów lw1 w tkance rośliny miskanta. Liście edytowanych roślin miskanta wykazywały te same fenotypy co kukurydza, z bladozielonymi/żółtymi, pasiastymi lub białymi liśćmi zamiast typowej zieleni.

Finansowanie

Badania te zostały sfinansowane przez Centrum Zaawansowanej Bioenergii i Bioproduktów Departamentu Energii (DOE) w ramach nagrody Biura Nauki DOE, Biura Badań Biologicznych i Środowiskowych.