CRISPR часто считают «молекулярными ножницами», используемыми для точной селекции, чтобы разрезать ДНК, чтобы можно было удалить, заменить или отредактировать определенный признак, но Ипин Ци, доцент кафедры растениеводства и ландшафтной архитектуры в Университет Мэриленда выходит далеко за рамки этих традиционных приложений в своей последней публикации в журнале Nature Plants. В этом всестороннем обзоре Ци и соавторы в его лаборатории исследуют текущее состояние CRISPR в сельскохозяйственных культурах и то, как ученые могут использовать CRISPR для улучшения традиционных методов селекции нетрадиционными способами с целью обеспечения глобальной продовольственной безопасности и безопасности питания, а также кормления растущего населения. перед лицом изменения климата, болезней и вредителей.
В этой новой статье Ци освещает недавние достижения в применении CRISPR для селекции сельскохозяйственных культур и способы, которыми эти инструменты были объединены с другими методами селекции для достижения целей, которые, возможно, были невозможны в прошлом. Он стремится дать представление о том, что CRISPR приготовил для будущего, выходящего за рамки базового редактирования генов.
Когда люди думают о CRISPR, они думают о редактировании генома, но на самом деле CRISPR - это действительно универсальная система, которая позволяет вам сосредоточиться на многих вещах, чтобы нацеливаться, рекрутировать или продвигать определенные аспекты, уже находящиеся в ДНК», - говорит Ци. «Вы можете регулировать активацию или подавление определенных генов, используя CRISPR не как режущий инструмент, а как инструмент связывания, чтобы привлекать активаторы или репрессоры для индукции признаков».
Кроме того, Ци обсуждает перспективы привлечения белков, которые могут помочь визуализировать последовательности ДНК, и возможность группировки желаемых признаков вместе в геноме.«Я называю это перетасовкой генов», - говорит Ци. «Это сделано для того, чтобы переместить очень важные гены признаков близко друг к другу, чтобы физически и генетически связать их, чтобы они всегда держались вместе при традиционном скрещивании, что значительно упрощает отбор культур со всеми нужными вам признаками».
Это лишь некоторые из примеров будущих направлений, которые Ци надеется развить и привлечь больше внимания с помощью этой статьи. «Я надеюсь, что этот обзор [в Nature Plants] откроет глаза и покажет, что CRISPR может многое предложить, выйдя за рамки текущего статуса редактирования генома, но также и за пределы простого редактирования, чтобы увидеть, куда может привести вся область. дорога."
Это включает в себя процесс использования приложений CRISPR у животных и людей и их применения к сельскохозяйственным культурам способами, которые раньше не применялись. Например, технология CRISPR уже улучшила скрининг генов и признаков в области здоровья человека, используя библиотеку из десятков тысяч направляющих молекул, специально предназначенных для нацеливания на выбранные наборы генов в масштабе генома. Эта система потенциально может быть использована на растениях для выявления признаков, которые способствуют устойчивости к болезням и вредителям, устойчивости и урожайности. «Это не только помогает в разведении, но и упрощает классификацию функционирования генов», - говорит Ци. «В основном эти исследования проводились на клетках человека, а сельскохозяйственные культуры отстают. Я вижу в этом один из будущих аспектов того, где наука о растениях может использовать некоторые из этих различных приложений, и моя лаборатория уже выполняет часть этой работы».
Лаборатория Ци опубликовала в этом году несколько оригинальных исследовательских работ, в которых подчеркиваются некоторые различия в применении CRISPR в клетках человека и растений. Ранее в этом году в журнале Molecular Plant Ци, его аспирант, стажеры и сотрудники опубликовали результаты, проверяющие область применения и специфичность нескольких вариантов CRISPR Cas9. Команда Ци стремилась доказать или опровергнуть заявления людей о точности и специфичности этих инструментов в рисе.«Не все утверждения о функциональности CRISPR у людей и животных будут верны или применимы к растениям, поэтому мы смотрим, что работает и что мы можем сделать, чтобы оптимизировать эти инструменты для сельскохозяйственных культур».
В другой недавней статье в BMC Biology в рамках совместных исследований изучалась температура как метод повышения эффективности редактирования генома CRISPR Cas12a у риса, кукурузы и арабидопсиса, для которого было обнаружено, что для повышения температуры требуется более высокая температура, чем окружающая среда. оперативность редактирования. «Человеческие клетки всегда поддерживаются при более высокой температуре, которая может быть оптимальной для работы CRISPR, но довольно жаркая для растений», - говорит Ци. «Мы должны изучить, как эта температура влияет на применение CRISPR у других видов».
Qi также опубликовала первую книгу, полностью посвященную редактированию генома растений с помощью систем CRISPR, в которой освещаются передовые методы и протоколы работы с CRISPR для различных культур.
Эта книга действительно собирает воедино конкретные приложения для многих различных растительных систем, таких как рис, кукуруза, соевые бобы, помидоры, картофель, салат, морковь - вы называете это - так, чтобы люди, работающие на своем интересующем заводе Некоторые главы могут показаться весьма актуальными. Она разработана как книга протоколов для использования в лаборатории, так что любой новичок в этой области сможет понять, как работать с CRISPR на своем конкретном предприятии». Издательство Humana Press в Соединенном Королевстве связалось с Ци, чтобы оно выпустило и отредактировало книгу. Она была выпущена ранее в этом году как часть серии книг «Методы молекулярной биологии», известной и уважаемой серии в этой области.
«Как накормить мир в будущем - вот что мотивирует меня каждый день приходить на работу», - говорит Ци. «К 2050 году у нас будет 10 миллиардов человек, и как мы можем поддерживать улучшение урожая, чтобы устойчиво кормить больше людей в условиях изменения климата и меньшего количества земли? Я действительно думаю, что технологии должны сыграть в этом большую роль."