Технология редактирования генов CRISPR-Cas9 является одним из самых важных научных достижений последних десятилетий, но всегда есть возможности для совершенствования. Исследователи из Университета Мэриленда (UMD) разработали систему, которую они назвали CRISPR-Combo, которая может одновременно редактировать несколько генов в растениях, изменяя при этом экспрессию других.
Система CRISPR — это мощный инструмент, позволяющий ученым копировать и вставлять изменения в определенные гены живых организмов.
Это открыло возможность для новых методов лечения ряда заболеваний, включая рак, диабет, генетические формы слепоты и заболевания крови. С помощью CRISPR могут быть внесены изменения для улучшения сельскохозяйственных культур и сельскохозяйственных животных, включения новых форм борьбы с вредителями и создания новых полезных типов микробов.
Более поздние разработки улучшили рецепт CRISPR. Некоторые позволяли редактировать несколько разных генов одновременно, в то время как другие версии вообще избегали разрезания ДНК, вместо этого сосредоточившись на включении или выключении экспрессии генов по мере необходимости (экспрессия генов — это процесс, посредством которого информация из гена используется в синтезе генного продукта, который позволяет ему производить конечные продукты, белок или некодирующую РНК).
В новом исследовании ученые объединили оба этих метода в один инструмент, который назвали CRISPR-Combo.
Обычно одна направляющая цепь РНК выполняет либо функции редактирования, либо функции активации, то есть они могут выполнять только одну или другую функцию. Для этого исследования ученые назначили две функции разным РНК — редактирование общего Cas9 и активацию каркасной sgRNA.
Команда проверила концепцию в нескольких экспериментах. Во-первых, они использовали растения томата и риса, чтобы продемонстрировать, что они могут выполнять обе функции без какого-либо пересечения, и испытания прошли успешно.
«В качестве доказательства концепции мы показали, что можем выключить ген А и успешно активировать ген В без случайного кроссинговера и выключения гена В или активирования гена А», — сказал Ипин Ци, соавтор исследования.
Затем они экспериментировали с обычным лабораторным растением под названием кресс-салат, чтобы выяснить, как можно одновременно внести два полезных изменения.
Ученые отредактировали ген, который делает растения более устойчивыми к гербицидам, и активировали ген, который заставляет растения цвести раньше. Конечным результатом является искусственный кресс-салат, устойчивый к гербицидам и воспроизводимый в два раза быстрее, дающий восемь поколений за один год.
В других тестах команда намеревалась повысить эффективность разведения новых сортов растений за счет культивирования тканей. Они отредактировали полезные гены у тополей и активировали три других, которые способствуют регенерации тканей растений, и обнаружили, что у образцов тополя новые корни отрастают намного быстрее, что повышает вероятность успеха искусственных культур.
Между тем, было обнаружено, что растения риса, отредактированные с помощью CRISPR-Combo, вырастают из культур, не нуждаясь в обычных добавках гормона роста, и экспрессируют больше отредактированного гена, чем растения, выращенные с гормонами.
Ученые говорят, что новая техника открывает широкий спектр возможностей для более эффективного редактирования сельскохозяйственных культур и других растений, придавая им такие черты, как устойчивость к гербицидам и улучшенный рост.
«Возможности действительно безграничны с точки зрения характеристик, которые можно комбинировать», — сказал Ипин Ци. «Но что действительно интересно, так это то, что CRISPR-Combo представляет такой уровень сложности генной инженерии растений, которого у нас не было раньше».
Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.