Удобное и высокоэффективное мультиплексное редактирование генома аутотетраплоидной люцерны
03.06.2025
838
CRISPR/Cas9 — это мощный инструмент, который позволяет точно редактировать гены, и его применение в растительной биологии открывает новые горизонты для селекции и улучшения культур. Однако редактирование генома автотетраплоидной люцерны (Medicago sativa L.), одного из важнейших кормовых бобовых растений в мире, представляет собой значительную сложность. В данной работе описывается создание высокоэффективной системы редактирования генов для люцерны, включая выявление и оптимизацию промоторов, а также разработку мультиплексной системы редактирования.
Этап 1: Выявление эндогенных промоторов U6
Для начала исследования была проведена систематическая идентификация эндогенных промоторов U6 в люцерне. Этот процесс осуществлялся с использованием временной экспрессии, осуществляемой через Agrobacterium-опосредованную инфильтрацию листьев люцерны. Промоторы U6 являются важными элементами, так как они обеспечивают стабильную и высокоэффективную транскрипцию малых РНК, таких как sgRNA (single guide RNA), необходимых для работы системы CRISPR/Cas9.
Этап 2: Оценка эффективности промоторов
После выявления промоторов была проведена оценка их активности для редактирования генома. Для этого использовалась оптимизированная волосистая корневая система люцерны, что позволило исследовать эффективность трех наиболее активных промоторов. Волосистые корни служат удобной модельной системой для тестирования различных генетических конструкций, поскольку они легко поддаются трансформации и позволяют быстро оценивать результаты редактирования.
Этап 3: Создание мультиплексной системы CRISPR/Cas9
На следующем этапе была разработана улучшенная мультиплексная система CRISPR/Cas9, которая включает три или четыре тандемно расположенные кассеты экспрессии полицистронной тРНК-сгРНК (PTG), управляемые промотором MsU6. Каждая кассета состоит из трех единиц тРНК-сгРНК, что позволяет одновременно редактировать три или четыре гена люцерны.
Для визуальной селекции была добавлена репортерная система, использующая визуальные маркеры, такие как RH1 или RUBY. Эти маркеры позволяют легко отслеживать успешность трансформации и редактирования на ранних стадиях развития растений.
Этап 4: Результаты и их значение
Система продемонстрировала эффективное мультиплексное редактирование в волосатых корнях с возможностью визуальной селекции. В результате стабильной трансформации люцерны были получены регенерированные побеги, окрашенные в красный цвет, что указывает на успешное редактирование генов. Это является значительным достижением, так как визуальная репортерная система упрощает процесс селекции трансформированных растений и повышает эффективность работы.
Разработанная усовершенствованная мультиплексная система CRISPR/Cas9 предоставляет удобный и высокоэффективный инструмент для редактирования генома люцерны. Она может быть использована как в фундаментальных исследованиях, так и в генетическом улучшении растений, открывая новые возможности для функциональных исследований множества генов и семейств генов. Этот подход может значительно ускорить процесс селекции и улучшения люцерны, что, в свою очередь, окажет положительное влияние на сельское хозяйство и кормовую базу для животных.
Исследование: aBIOTECH
Этап 1: Выявление эндогенных промоторов U6
Для начала исследования была проведена систематическая идентификация эндогенных промоторов U6 в люцерне. Этот процесс осуществлялся с использованием временной экспрессии, осуществляемой через Agrobacterium-опосредованную инфильтрацию листьев люцерны. Промоторы U6 являются важными элементами, так как они обеспечивают стабильную и высокоэффективную транскрипцию малых РНК, таких как sgRNA (single guide RNA), необходимых для работы системы CRISPR/Cas9.
Этап 2: Оценка эффективности промоторов
После выявления промоторов была проведена оценка их активности для редактирования генома. Для этого использовалась оптимизированная волосистая корневая система люцерны, что позволило исследовать эффективность трех наиболее активных промоторов. Волосистые корни служат удобной модельной системой для тестирования различных генетических конструкций, поскольку они легко поддаются трансформации и позволяют быстро оценивать результаты редактирования.
Этап 3: Создание мультиплексной системы CRISPR/Cas9
На следующем этапе была разработана улучшенная мультиплексная система CRISPR/Cas9, которая включает три или четыре тандемно расположенные кассеты экспрессии полицистронной тРНК-сгРНК (PTG), управляемые промотором MsU6. Каждая кассета состоит из трех единиц тРНК-сгРНК, что позволяет одновременно редактировать три или четыре гена люцерны.
Для визуальной селекции была добавлена репортерная система, использующая визуальные маркеры, такие как RH1 или RUBY. Эти маркеры позволяют легко отслеживать успешность трансформации и редактирования на ранних стадиях развития растений.
Этап 4: Результаты и их значение
Система продемонстрировала эффективное мультиплексное редактирование в волосатых корнях с возможностью визуальной селекции. В результате стабильной трансформации люцерны были получены регенерированные побеги, окрашенные в красный цвет, что указывает на успешное редактирование генов. Это является значительным достижением, так как визуальная репортерная система упрощает процесс селекции трансформированных растений и повышает эффективность работы.
Разработанная усовершенствованная мультиплексная система CRISPR/Cas9 предоставляет удобный и высокоэффективный инструмент для редактирования генома люцерны. Она может быть использована как в фундаментальных исследованиях, так и в генетическом улучшении растений, открывая новые возможности для функциональных исследований множества генов и семейств генов. Этот подход может значительно ускорить процесс селекции и улучшения люцерны, что, в свою очередь, окажет положительное влияние на сельское хозяйство и кормовую базу для животных.
Исследование: aBIOTECH
Статьи по теме
- Длительное внесение навоза в почву снижает выбросы N2O из кислых почв за счет уменьшения подкисления и увеличения минерализации азота
- Техническое исследование эффективности и моделей методов борьбы с сорняками с использованием беспилотных наземных транспортных средств
- Прямое внесение удобрений – прорыв
- Оценка влажности почвы на разных глубинах на кукурузных полях с использованием модели, учитывающей растительный покров: сочетание данных RGB-тепловизора и машинного обучения
- Перспективы использования видов Bacillus в качестве растительных пробиотиков для различных культур в неблагоприятных условиях
- Как выбор, сделанный при посадке, влияет на здоровье ячменя и пшеницы
- Беспахотное земледелие с мульчированием соломой повысило эффективность использования радиации пшеницей за счёт оптимизации перехвата радиации и фотосинтетических свойств
- Повышение точности диагностики водного стресса у кукурузы за счёт интеграции данных мультимодальных БПЛА и инверсионной модели индекса листовой поверхности
- Влияние изменения поступления ассимилятов на синтез крахмала в зернах кукурузы при воздействии высоких температур
- Самоочищающийся наногербицид: разработка нановекторов с тройной структурой для борьбы с сорняками и обработки остатков пестицидов
- Редактирование генома для получения биоактивной сои с минимальным компромиссом между низким содержанием фитиновой кислоты и урожайностью
- Система для оценки адаптации пшеницы (Triticum aestivum) в разных средах к тепловому стрессу
- Технология ультрафиолетового облучения семян кукурузы и сои
- Хорошие вибрации – сушка зерна с помощью радиоволн
- Оптимизация подачи воды и азота для повышения урожайности кукурузы
- Затенение и переувлажнение почвы усугубляют снижение урожайности кукурузы в летний период, замедляя процессы накопления и ремобилизации ассимилятов
- Генетика сорняков: изучение генетических особенностей сорняков для улучшения сельскохозяйственных культур
- Взаимодействие температуры и режима полива при формировании репродуктивной урожайности и качества семян рапса
- Необходим лучший глобальный баланс азотных удобрений в зерне
- Влияние пожаров на фракционный состав железа и динамику углерода в криогенных почвах лесотундры Западной Сибири в условиях меняющегося климата
- Цианобактерия: микроорганизмы, которые улучшают рост растений