Orezul hibrid conceput cu CRISPR își poate clona semințele

După mai bine de 20 de ani de teorie despre asta, oamenii de știință au modificat o varietate hibridă de orez, astfel încât unele dintre plante să producă semințe clonate. Nu este necesar sexul cu plante. Isprava, descrisă la 12 decembrie în Naturăeste încurajator pentru eforturile de a hrăni o lume din ce în ce mai aglomerată.

Încrucișarea a două soiuri bune de cereale poate face una fabuloasă, combinând cele mai bune versiuni de gene pentru a oferi culturilor trăsături de dorit, cum ar fi randamente mai mari. Dar astfel de minuni ale cerealelor hibride adesea nu transmit acele calități genetice râvnite tuturor semințelor în timpul reproducerii. Așa că fermierii care doresc producții constant mai mari trebuie să plătească pentru noi semințe hibride în fiecare an. Această nouă versiune de laborator a orezului hibrid ar păstra aceste calități prin auto-clonare, spune coautorul studiului Venkatesan Sundaresan, genetician de plante la Universitatea din California, Davis.

Deși 400 de tipuri de plante, inclusiv unele mure și citrice, au dezvoltat semințe de autoclonare în mod natural, re-crearea acelor căi în plantele de cultură a „a fost mai dificilă decât se aștepta oricine”, spune Sundaresan. El și colegii săi au avut ideea noii cercetări în timp ce studiau „cum un ou fertilizat devine un zigot, această celulă magică care regenerează un întreg organism”, așa cum spune Sundaresan.

Cercetătorii au descoperit că modificarea a două seturi de gene a cauzat japonica hibrid de orez numit Kitaake pentru a-și clona propriile semințe. În primul rând, echipa a descoperit că într-un ou de plantă fertilizat, doar versiunea masculină a unei gene numită BABY BOOM1 găsit în spermatozoizi a declanșat dezvoltarea unui embrion de semințe. Așa că oamenii de știință au introdus un comutator genetic de pornire, numit promotor, care permite versiunii feminine a aceleiași gene să facă aceeași treabă. Nici un bărbat nu ar fi necesar pentru a declanșa dezvoltarea unui embrion.

Dar această modificare în sine nu a fost suficientă pentru a produce semințe hibride clonate. Asta pentru că un ou normal care s-a format prin meioză – un tip de diviziune celulară care produce ovule și spermatozoizi – ar avea doar jumătate de set de cromozomi.

O soluție la problemă a venit de la geneticianul de plante și coautorul studiului Raphael Mercier, cu sediul la Versailles cu Institutul Național de Cercetare Agricolă din Franța. Echipa sa a dezactivat trei gene cruciale pentru meioza din orez, astfel încât plantele mamă au trecut apoi la reproducerea asexuată. Imtiyaz Khanday și Sundaresan au actualizat abordarea, folosind instrumentul de editare a genelor CRISPR/Cas9 pentru a dezactiva genele.

Combinând cele două modificări ale orezului Kitaake, o parte din părinți, până acum aproximativ 30 la sută în cel mai bun caz, să creeze semințe de clonă viabile cu genetica hibridă originală intactă. Acele semințe au încolțit în plante care, de asemenea, s-au putut clona singure, la fel și următoarea generație. Acum provocarea va fi să eficientizăm procesul, spune Sundareșan.

Cercetarea marchează un pas important către clonarea cerealelor hibride, spune Anna Koltunow de la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization din Glen Osmond, Australia, care nu a fost implicată în studiu. „Studiul arată clar că se poate reproiecta orezul pentru a-l trece de la un mod sexual la unul asexuat.”

Nota editorului: această poveste a fost actualizată pe 12 decembrie 2018 pentru a corecta faptul că echipa lui Mercier a folosit instrumente genetice standard, nu CRISPR/Cas9, pentru a dezactiva genele esențiale pentru meioza din orez. Khanday și Sundaresan au făcut-o apoi folosind CRISPR/Cas9.