שינויים במעלה הזרם: צוות RIPE משתמש ב-CRISPR/Cas9 כדי לשנות את הפוטוסינתזה בפעם הראשונה

פרסומת
X-ray_Promo1


צוות ממכון הגנומיקה החדשנית באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי (UCB) יצר עלייה בביטוי הגנים בגידול מזון על ידי שינוי ה-DNA הרגולטורי שלו במעלה הזרם. בעוד שמחקרים אחרים השתמשו בעריכת גנים CRISPR/Cas9 כדי לדפוק או להפחית את הביטוי של גנים, מחקר חדש שפורסם ב התקדמות המדע היא הגישה הבלתי-משוחדת הראשונה לעריכת גנים להגביר ביטוי גנים ופעילות פוטוסינתזה במורד הזרם.

פרסומת

"כלים כמו CRISPR/Cas9 מאיצים את היכולת שלנו לכוונן את ביטוי הגנים בגידולים, במקום רק לדפוק גנים או לכבות אותם. מחקרים קודמים הראו שניתן להשתמש בכלי זה כדי להפחית את הביטוי של גנים המעורבים בגורמים חשובים. פשרות, כמו אלו שבין ארכיטקטורת צמחים וגודל פרי", אמר דרוב פאטל-טאפר, הכותב הראשי של המחקר וחוקר פוסט-דוקטורט לשעבר במעבדת ניוגי ב-UCB. "זהו המחקר הראשון, למיטב ידיעתנו, שבו שאלנו אם אנחנו יכולים להשתמש באותה גישה כדי להגביר את הביטוי של גן ולשפר את הפעילות במורד הזרם בצורה לא משוחדת".

בניגוד לאסטרטגיות ביולוגיה סינתטית המשתמשות בגנים מאורגניזמים אחרים כדי לשפר את הפוטוסינתזה, הגנים המעורבים בתהליך הגנת הפוטו נמצאים באופן טבעי בכל הצמחים. בהשראת מאמר של Nature Communications משנת 2018 ששיפר את יעילות השימוש במים של יבול מודל על ידי ביטוי יתר של אחד מהגנים הללו, PsbS, בצמחים, מעבדת Niyogi, והמנהיג שלה Kris Niyogi, רצו להבין כיצד לשנות את הביטוי של הגנים המקומיים של הצמח מבלי להוסיף DNA זר. לפי ארגון המזון והחקלאות, אורז מספק לפחות 20% מהקלוריות בעולם, ומכיוון שיש לו רק עותק אחד של כל אחד משלושת הגנים המרכזיים של הגנת הפוטו בצמחים, זה היה מערכת מודל אידיאלית למחקר עריכת גנים זה.

מעבדת Niyogi המשיכה בעבודה זו כחלק מ- Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), פרויקט מחקר בינלאומי בראשות אוניברסיטת אילינוי שמטרתו להגביר את ייצור המזון העולמי על ידי פיתוח גידולי מזון שהופכים את אנרגיית השמש למזון ביעילות רבה יותר עם תמיכה מאת קרן ביל ומלינדה גייטס, הקרן לחקר מזון וחקלאות, ומשרד החוץ, חבר העמים והפיתוח של בריטניה.

תוכנית המעבדה הייתה להשתמש ב-CRISPR/Cas9 כדי לשנות את ה-DNA במעלה הזרם של גן המטרה, השולט כמה מהגן מבוטא ומתי. הם תהו אם ביצוע השינויים האלה ישפיע על הפעילות במורד הזרם ובכמה. אפילו הם הופתעו מהתוצאות.

"השינויים ב-DNA שהגדילו את ביטוי הגנים היו הרבה יותר גדולים ממה שציפינו וגדולים ממה שראינו באמת דווח בסיפורים דומים אחרים", אמר פאטל-טאפר, כיום עמית AAAS למדיניות מדע וטכנולוגיה ב-USDA. "היינו קצת מופתעים, אבל אני חושב שזה מראה כמה פלסטיות יש לצמחים וגידולים. הם רגילים לשינויים הגדולים האלה ב-DNA שלהם ממיליוני שנות אבולוציה ואלפי שנים של ביות. בתור ביולוגים צמחיים , נוכל למנף את 'חדר ההתנועעות' הזה כדי לבצע שינויים גדולים תוך מספר שנים בלבד כדי לעזור לצמחים לצמוח בצורה יעילה יותר או להסתגל לשינויי האקלים."

במחקר זה, חוקרי RIPE למדו שהיפוכים, או "היפוך" של ה-DNA הרגולטורי, הביאו להגברת ביטוי הגנים של PsbS. ייחודי לפרויקט זה, לאחר שההיפוך הגדול ביותר בוצע ל-DNA, חברי הצוות ערכו ניסוי של רצף RNA כדי להשוות כיצד הפעילות של כל הגנים בגנום האורז השתנתה עם ובלי השינויים שלהם. מה שהם מצאו היה מספר קטן מאוד של גנים בעלי ביטוי דיפרנציאלי, קטן בהרבה ממחקרי תעתיקים דומים, מה שמצביע על כך שהגישה שלהם לא פגעה בפעילות של תהליכים חיוניים אחרים.

פאטל-טאפר הוסיפה כי בעוד שהצוות הראה ששיטה זו אפשרית, היא עדיין נדירה יחסית. בסביבות 1% מהצמחים שהם יצרו היה הפנוטיפ הרצוי.

"הראינו כאן הוכחה לקונספציה, שאנו יכולים להשתמש ב-CRISPR/Cas9 כדי ליצור וריאנטים בגנים מרכזיים של יבול ולקבל את אותן קפיצות כמו בגישות גידול צמחים מסורתיות, אבל על תכונה מאוד ממוקדת שאנחנו רוצים להנדס. ובטווח זמן הרבה יותר מהיר", אמר פאטל-טאפר. "זה בהחלט קשה יותר משימוש בגישה של צמחים טרנסגניים, אבל על ידי שינוי משהו שכבר קיים, אולי נוכל להקדים בעיות רגולטוריות שיכולות להאט את המהירות שבה אנחנו מקבלים כלים כאלה לידי החקלאים".



קישור לכתבת המקור – 2024-06-07 22:17:14

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר

זמרי אופרה צריכים להשתמש בגבולות הקיצוניים של טווח הקול שלהם. מקורות פדגוגיים ומדעיים רבים מצביעים…