CRISPR-Combo方法提高植物的基因组编辑
十年前,一个叫CRISPR-CAS9的新技术,使科学家改变生物的遗传密码。这是革命性的,该工具有其局限性。像第一个手机,只能执行一个函数,原CRISPR方法可以执行一个功能:删除或替换基因在基因序列。
后来CRISPR是另一个函数的迭代,使科学家改变基因表达来打开或关闭,不把他们从基因组。但这些功能只能在工厂独立执行。
现在,科学家们从马里兰大学农业和自然资源学院开发了CRISPR-Combo,同时编辑多个基因在植物的方法改变其他基因的表达。这个新工具将使基因工程结合,共同促进功能和提高新作物的育种。
“可能性是无限的可以组合的特征,“说呀气、植物科学学系的副教授和景观建筑和该研究的作者之一。“但真正令人兴奋的是,CRISPR-Combo引入了一个水平的基因工程在植物,我们没有。”
新研究发表在2022年5月,《华尔街日报》的问题自然植物。
操纵的好处超过一次一个基因可以远远超过任何一个操作的好处。例如,想象一个疫病席卷麦田,威胁农民生计和粮食安全。如果科学家能去除小麦基因使其容易受到破坏,同时打开基因植物的生命周期缩短,增加种子产量,他们可以迅速产生blight-resistant小麦病前有机会做太多伤害。
工程的类型的气和他的团队展示了四个不同阶段的实验。
第一步:证明这个概念
气和他的团队曾开发出新的CRISPR方法调节基因的表达在植物中,编辑多个基因在同一时间。但开发CRISPR-Combo,他们必须证明他们可以并行执行两个基因工程功能没有负面影响。在这篇文章中,他们证明了用西红柿和米饭细胞。
”作为一个概念验证,我们发现我们可以敲除基因上调,或激活基因B成功,没有意外地交叉和基因B或上调基因受损,“齐说。
然后气和他的同事们检测CRISPR-Combo开花植物称为rockcress (拟南芥),这是常常被研究者作为一个模型等主要作物玉米和小麦。研究人员编辑一个基因,使植物抗除草剂而激活的基因导致早期开花,更快地产生种子。结果是抗除草剂rockcress植物在一年内取得了八代而不是普通的四个。
更高效的工程
第三个实验,研究小组证明CRISPR-Combo如何提高效率从杨树在植物育种中使用组织培养。育种程序开发新品种的植物通常使用组织培养而不是seeds-consider如何再生植物根和叶从单个茎种植在土壤中。从植物组织科学家基因修饰干细胞有能力成长为完整的植物,这些植物成熟并产生种子,种子将进行基因改造。
有些植物比别人更善于从组织培养再生,这使得这一步骤基因工程作物的最大瓶颈。有些植物的成功率只有1%。
气和他的团队解决瓶颈首先编辑几个特征杨树细胞,然后激活三个基因,促进植物组织再生。
“我们在杨树显示,新方法可以提供一个解决方案的组织再生瓶颈,大大提高基因工程的效率,”齐说。
无激素捷径
目前,种植转基因植物组织培养需要添加生长激素,促进基因激活增长。研究小组快捷方式这一过程与CRISPR-Combo大米通过直接激活这些基因。结果是gene-edited水稻组织培养,不需要荷尔蒙补充。气和他的同事们发现,组织培养了他们的方法表达更多的编辑使用激素基因比组织生长。“这个方法的结果在一个高效的基因组编辑过程,”齐说。
现在团队已经展示了他们CRISPR-Combo方法在各种植物用于多种目的,他们打算进行实验在柑橘、胡萝卜和土豆来测试其可行性水果、蔬菜和主食作物。他们也正在努力创建一个耐除草剂黄金国际扶轮ce与增强营养含量和红米增加抗氧化剂。
参考:李潘C、G, Malzahn AA, et al。促进植物基因组编辑多功能CRISPR-Combo系统。自然植物。2022;8 (5):513 - 525。doi:10.1038 / s41477 - 022 - 01151 - 9。
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