Revoluce ve šlechtění plodin: Nová platforma TRIM z Číny spojuje genové úpravy pro odolnější rýži a pšenici

Moderní šlechtění plodin se dlouhodobě snaží efektivně kombinovat více žádoucích vlastností, a to „vrstvením“ příznivých variant genů (alel) do jediné odrůdy. Současné strategie jsou však často časově náročné a neefektivní.

Moderní šlechtění plodin se dlouhodobě snaží efektivně kombinovat více žádoucích vlastností, a to „vrstvením“ příznivých variant genů (alel) do jediné odrůdy. Současné strategie jsou však často časově náročné a neefektivní. Tým vědců pod vedením Gao Caixia z Institutu genetiky a vývojové biologie Čínské akademie věd nyní vyvinul platformu pro úpravu genomu, která umožňuje kombinovat vyřazení genů, přesné úpravy sekvencí a chromozomové inženýrství v jediném rámci. Studie byla publikována v časopise Nature Biotechnology.

Vědci nejprve vyvinuli přesný a účinný nástroj pro vyřazení genů nazvaný TKO (twin prime editing-mediated gene knockout). Ten precizně vkládá malý fragment obsahující shluk stop kodonů do cílového místa, čímž zajišťuje předvídatelné narušení genu. TKO se vyhýbá nežádoucím in-frame inzerci nebo deleci, které jsou často pozorovány u systémů Cas9. V protoplastech prokázal TKO účinné vyřazení genů u jednoděložných plodin, jako je rýže, pšenice a kukuřice. U regenerovaných rostlin rýže dosáhla průměrná účinnost vyřazení jednoho genu 96,8 %. Pro eliminaci křížových úprav mezi různými lokusy a pro dosažení přesného a bezpečného vícenásobného vyřazení genů vyvinuli vědci 10 ortogonálních systémů TKO, které umožňují účinné simultánní vyřazení až 10 genů.

Na základě TKO pak vědci vyvinuli dvě integrované platformy pro úpravu genomu, TRIM1 a TRIM2, které tvoří jednotnou platformu známou jako TRIM. TRIM1 kombinuje TKO s úpravami sekvencí založenými na prime editingu, což umožňuje simultánní vyřazení genů, substituci bází, inzerci, deleci, duplikaci a inverzi v jediném editačním rámci. U regenerovaných rostlin rýže dosáhl TRIM1 simultánního vyřazení jednoho genu spolu s homozygotní přesnou úpravou tří dalších cílů s účinností 22,8 %. TRIM2 pak zahrnuje fúzní protein prime editor–Cre rekombinázu a umožňuje vkládání, nahrazování, deleci, inverzi a chromozomální translokaci v rozsahu kilobází prostřednictvím rekombinázou asistovaného inženýrství genomu.

Na rozdíl od stávajících nástrojů pro úpravu genomu, které obvykle provádějí pouze omezený počet sekvenčních modifikací, TRIM integruje vyřazení genů, přesné úpravy sekvencí v malém měřítku a chromozomové inženýrství ve velkém měřítku do jediné platformy. Tato platforma „vše v jednom“ poskytuje mocný způsob, jak rychle kombinovat více příznivých alel, čímž se zvyšuje precizní šlechtění komplexních vlastností u jednoděložných plodin. To má potenciál výrazně přispět k rozvoji zemědělství a zajištění potravinové bezpečnosti.