گروه GAO Caixia از مؤسسه ژنتیک و زیست‌شناسی رشدی آکادمی علوم چین (CAS) یک فناوری جدید ویرایش ژنوم را توسعه داده‌اند که به درج دقیق و کارآمد بخش‌های DNA بزرگ در گیاهان دست می‌یابد.
فناوری جدید، به نام نوترکیبی با واسطه ویرایش اولیه از اهداف مناسب (PrimeRoot)، یک پروتئین ویرایشگر دوگانه ePPE بهینه شده را که قبلاً توسط این گروه منتشر شده بود، با یک recombinase ویژه سایت تیروزین بسیار کارآمد، Cre، ترکیب می‌کند. این می‌تواند یک مرحله‌ای و دقیق بخش‌های DNA بزرگ را در برنج و ذرت با بازدهی تا 6 درصد وارد کند و برای وارد کردن قطعات DNA تا 11.1 کیلوبایت با موفقیت استفاده شده است.
نتایج در منتشر شد بیوتکنولوژی طبیعت در 24 آوریل.
ویرایش ژنوم یک بیوتکنولوژی مخرب با تأثیر گسترده در سراسر علوم زیستی است. در دهه پس از اولین مطالعات CRISPR-Cas9، این زمینه از ویرایش تصادفی و پراکنده به فناوری‌های ویرایش دقیق تبدیل شده است. در حالی که ویرایش پایه و ویرایش اولیه در ایجاد تغییرات کوچک DNA کارآمد هستند، آنها قادر به ویرایش محموله های بزرگ نیستند. همانطور که زمینه ویرایش ژنوم پیشرفت می کند، نیاز روزافزونی برای درج DNA کارآمد، هدفمند و بزرگ در ژنوم سلول های زنده وجود دارد.
در مقایسه با استراتژی اتصال انتهایی غیر همولوگ سنتی و غیر دقیق، PrimeRoot به طور قابل توجهی کارایی درج قطعات DNA طولانی 5 کیلوبایت و بالاتر را بهبود بخشیده است. نکته مهم این است که رویدادهای درج کاملا دقیق و قابل پیش بینی هستند.
در این مطالعه، محققان دو کاربرد خاص از ویرایش PrimeRoot را نشان دادند. PrimeRoot برای قرار دادن یک پروموتر اکتین (1.4 کیلوبایت) در بالادست درون زا استفاده شد OsHPPD ژن معرفی عناصر عملکردی خارجی یک رویکرد اصلاح ژنتیکی مهم برای تنظیم بیان ژن درون زا است.
سپس از PrimeRoot برای انجام درج ژن هدفمند در گیاهان استفاده شد. روش های سنتی بر اساس آگروباکتریوم میانجیگری و بمباران ذرات منجر به رویدادهای درج تصادفی و نادقیق می شود.
محققان از PrimeRoot برای وارد کردن دقیق ژن مقاومت در برابر انفجار برنج استفاده کردند pigmR به یک بندر امن ژنومی پیش بینی شده برای دستیابی به اصلاح سریع مقاوم به بیماری.
برای افزایش کارایی PrimeRoot، محققان یک سیستم تبدیل متوالی در برنج ایجاد کردند. این سیستم راندمان ویرایش را دو تا چهار برابر در مقایسه با یک تبدیل تک شات بهبود بخشید، بنابراین راندمان را تا 8.3٪ برای قرار دادن یک پروموتر اکتین (1.4 کیلوبایت) و راندمان تا 6.3٪ برای درج یک کل به دست آورد. pigmR چارچوب بیان ژن (4.9 کیلوبایت).
این فناوری پشتیبانی فنی قوی برای اصلاح مولکولی گیاهان و تحقیقات بیولوژی مصنوعی گیاهی فراهم می کند.
این مطالعه توسط برنامه ملی تحقیق و توسعه کلیدی چین و برنامه تحقیقاتی اولویت استراتژیک CAS، در میان دیگران، پشتیبانی شده است.
منبع:
دفتر مرکزی آکادمی علوم چین
مرجع مجله:
سان، سی.، و همکاران. (2023). ادغام دقیق توالی های DNA بزرگ در ژنوم گیاهان با استفاده از ویرایشگرهای PrimeRoot بیوتکنولوژی طبیعت. doi.org/10.1038/s41587-023-01769-w.