Chińscy naukowcy opracowali system SmartPE, który znacząco zwiększa skuteczność tzw. prime editingu w roślinach dwuliściennych. Metoda została przetestowana m.in. na pomidorze, soi, rzepaku i rzodkiewniku, a wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Plants.
Na czym polega problem
Prime editing to jedna z nowszych odmian edycji genomu. Pozwala wprowadzać zamiany pojedynczych zasad oraz niewielkie wstawki i delecje, nie przecinając obu nici DNA i nie wymagając dodatkowej matrycy DNA. Zwykle powstaje przy tym stosunkowo niewiele niepożądanych zmian w innych miejscach genomu.
U roślin dwuliściennych, do których należą pomidor, soja i rzepak, metoda ma jednak poważną wadę. Jej skuteczność jest niska i bardzo różni się w zależności od edytowanego fragmentu genu. Zespół prof. Gao Caixia z Instytutu Genetyki i Biologii Rozwojowej Chińskiej Akademii Nauk postanowił to poprawić.
Trzy zmiany w jednym systemie
Badacze połączyli kilka usprawnień. Najpierw dodali element regulatorowy START, który zwiększył ilość produkowanego edytora. W rzodkiewniku podniósł on poziom transkryptu 2,1 raza, a skuteczność edycji w czterech miejscach około 1,8 raza.
Następnie zastosowali dwa przewodnikowe RNA zamiast jednego. Samo to niczego nie poprawiło. Naukowcy założyli więc, że ścisłe dopasowanie matrycy do DNA utrudnia odwrotną transkrypcję, a system naprawy błędnie sparowanych zasad (MMR) hamuje edycję. W matrycach obu RNA umieścili więc celowo niedopasowane zasady. Średnia skuteczność w czterech badanych miejscach wzrosła ponad sześciokrotnie, do około 10%. Tak powstał SmartPE.
Znaczenie miał też układ niedopasowanych zasad:
- najlepiej działały zasady ułożone obok siebie lub co 3 pary zasad (skuteczność do 20%),
- odstępy 6 par zasad lub większe wyraźnie obniżały wydajność,
- pomagały niedopasowania na obu końcach okna edycji, a nie w jego środku.
Wyniki na uprawach
W protoplastach, czyli komórkach pozbawionych ściany komórkowej, sześć z dziewięciu miejsc w pomidorze przekroczyło 10% skuteczności. W soi dziewięć z 11 miejsc przekroczyło 5%, a w rzepaku pięć osiągnęło około 10% lub więcej. W części tych miejsc klasyczny prime editing był prawie nieaktywny.
W korzeniach włośnikowych pomidora, w locus SlOR2, SmartPE dał zarówno edycje homozygotyczne (7,3%), jak i heterozygotyczne (12,5%). Standardowa metoda dała tylko heterozygotyczne (1,0%) oraz chimery. System pozwolił też wstawiać krótkie sekwencje, np. znacznik FLAG, z wydajnością do 32%. W soi na razie udało się uzyskać jedynie chimery, więc potrzebne są dalsze badania.
Co to oznacza w praktyce
To wciąż badania laboratoryjne, a nie gotowe odmiany na polach. Pokazują jednak, że precyzyjną edycję genów da się zastosować w roślinach, które dotąd opierały się tej technice. W dłuższej perspektywie może to przyspieszyć hodowlę odmian o lepszych cechach, bo zmiany w genomie można wprowadzać bardziej celowo niż przy klasycznej hodowli.
Dla polskiego czytelnika istotne jest to, że o ewentualnym wykorzystaniu takich roślin w Europie decydują unijne przepisy. Według wyroku Trybunału Sprawiedliwości UE z 2018 roku rośliny uzyskane nowymi metodami mutagenezy podlegają co do zasady rygorom dotyczącym GMO. W Unii od dłuższego czasu trwają prace nad osobnym podejściem do nowych technik genomowych. Do czasu ich wdrożenia nie należy zakładać, że uprawy edytowane tą metodą trafią szybko na unijne pola lub talerze. Pomidory, soja i rzepak są jednak ważnymi roślinami także dla rolnictwa i przemysłu spożywczego w Polsce, więc kierunek tych badań warto śledzić.
Źródło: Phys.org – „Scientists develop new system to boost prime editing in dicot plants”
