Grupa GAO Caixia z Instytutu Genetyki i Biologii Rozwoju Chińskiej Akademii Nauk (CAS) opracowała nową technologię edycji genomu, która zapewnia wydajne i precyzyjne ukierunkowane wstawianie dużych segmentów DNA do roślin.

Nowa technologia, zwana rekombinacją odpowiednich celów za pośrednictwem edycji pierwotnej (PrimeRoot), łączy zoptymalizowane białko edytora podwójnego ePPE, opublikowane wcześniej przez grupę, z wysoce wydajną rekombinazą specyficzną dla miejsca tyrozyny, Cre. Może osiągnąć jednoetapowe, precyzyjnie ukierunkowane wstawianie dużych segmentów DNA w ryżu i kukurydzy z wydajnością do 6% i było stosowane z powodzeniem do wstawiania segmentów DNA o wielkości do 11,1 kb.

Wyniki opublikowano w Biotechnologia przyrody 24 kwietnia .

Edycja genomu to przełomowa biotechnologia o szerokim wpływie na nauki przyrodnicze. W ciągu dekady od pierwszych przełomowych badań CRISPR-Cas9 dziedzina ewoluowała od losowej, sporadycznej edycji do precyzyjnych technologii edycji. Edycja bazowa i podstawowa edycja są skuteczne przy wprowadzaniu niewielkich zmian w DNA, ale nie są w stanie edytować dużych ładunków. Wraz z postępem w dziedzinie edycji genomu rośnie zapotrzebowanie na wydajne, ukierunkowane, duże insercje DNA do genomu żywych komórek.

W porównaniu z tradycyjną, nieprecyzyjną strategią łączenia niehomologicznych końców, PrimeRoot znacznie poprawił efektywność wstawiania długich segmentów DNA o długości 5 kb i większej. Co ważne, zdarzenia wstawiania są w pełni precyzyjne i przewidywalne.

W tym badaniu naukowcy zademonstrowali dwa specyficzne zastosowania edycji PrimeRoot. PrimeRoot użyto do wstawienia promotora aktyny (1,4 kb) przed endogennym OsHPPD gen. Wprowadzenie obcych elementów funkcjonalnych jest ważnym podejściem do hodowli genetycznej regulującym endogenną ekspresję genów.

Następnie użyto PrimeRoot do wykonania ukierunkowanej insercji genu w roślinach. Tradycyjne metody oparte na Agrobacterium mediacja i bombardowanie cząstkami skutkują przypadkowymi i nieprecyzyjnymi zdarzeniami wstawiania.

Naukowcy wykorzystali PrimeRoot do dokładnego wprowadzenia genu odporności na zarazę ryżu PigmR do przewidywanej bezpiecznej przystani genomowej, aby osiągnąć szybką hodowlę odporności na choroby.

Aby zwiększyć wydajność PrimeRoot, naukowcy opracowali system sekwencyjnej transformacji ryżu. System ten dodatkowo poprawił wydajność edycji od dwóch do czterech razy w porównaniu z pojedynczą transformacją jednorazową, osiągając w ten sposób wydajność do 8,3% w przypadku wstawiania promotora aktyny (1,4 kb) i wydajności do 6,3% w przypadku wstawiania całego PigmR ramka ekspresji genu (4,9 kb).

Ta technologia zapewnia silne wsparcie techniczne dla hodowli molekularnej roślin i badań nad biologią syntetyczną roślin.

Badanie to było wspierane między innymi przez Narodowy Program Badań i Rozwoju Kluczowego Chin oraz Priorytetowy Program Badań Strategicznych CAS.