Un equipo del Instituto de Genómica Innovadora de la Universidad de California, Berkeley (UCB) ha aumentado la expresión genética en un cultivo alimentario alterando su ADN regulador anterior. Mientras que otros estudios han utilizado la edición de genes CRISPR/Cas9 para regular positiva o negativamente la expresión genética, el nuevo estudio publicó Avances en la ciencia Es el primer método imparcial de edición de genes. aumentar Expresión genética y actividad fotosintética posterior.
“Herramientas como CRISPR/Cas9 están acelerando nuestra capacidad para ajustar la expresión genética en los cultivos, en lugar de simplemente eliminar genes o ‘apagarlos’. Pueden usarse para reducir la expresión de genes involucrados en compensaciones, como entre ellos”. arquitectura de la planta y tamaño de la fruta”, dijo el investigador doctoral Dhruv Patel-Tipper, autor principal del estudio y ex becario postdoctoral en el laboratorio Neogy de la UCB. “Este es el primer estudio, hasta donde sabemos, en el que preguntamos si podíamos utilizar el mismo método para aumentar la expresión de un gen y mejorar su actividad posterior de forma imparcial”.
A diferencia de las estrategias de biología sintética que utilizan genes de otros organismos para mejorar la fotosíntesis, los genes implicados en la fotoprotección se encuentran de forma natural en todas las plantas. Inspirándose en un artículo de Nature Communications de 2018 que sobreexpresaba uno de estos genes para mejorar la eficiencia del uso del agua de un cultivo modelo, PSBSEn plantas, el laboratorio Niyogi y su líder Chris Niyogi querían descubrir cómo alterar la expresión de genes nativos de plantas sin introducir ADN extraño. Según la Organización para la Agricultura y la Alimentación, el arroz proporciona al menos el 20 por ciento de las calorías del mundo y, como contiene sólo una copia de cada uno de los tres principales genes de fotoprotección de las plantas, fue el objetivo del estudio de edición de genes. Era un sistema modelo ideal.
El laboratorio Niyogi llevó a cabo este trabajo como parte de Realización de una mayor eficiencia fotosintética (RIPE), un proyecto de investigación internacional dirigido por la Universidad de Illinois que tiene como objetivo aumentar la producción mundial de alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan la energía del sol en alimentos de manera más eficiente. Fundación Bill y Melinda Gates, Fundación para la Investigación sobre Alimentación y Agricultura y Oficina de Asuntos Exteriores, Commonwealth y Desarrollo del Reino Unido.
El plan del laboratorio era utilizar CRISPR/Cas9 para alterar el ADN aguas arriba de un gen objetivo, que controla qué cantidad del gen se expresa y cuándo. Se preguntaron si estos cambios afectarían las actividades posteriores y en qué medida. Incluso ellos se sorprendieron con los resultados.
“Los cambios en el ADN que aumentaron la expresión genética fueron mucho mayores de lo que esperábamos y mucho mayores de lo que hemos visto en otras historias similares”, dijo Patel-Tipper, quien ahora es miembro de política científica y tecnológica del USDA. . “Nos sorprendió un poco, pero creo que demuestra cuánta plasticidad tienen las plantas y los cultivos. Están acostumbrados a estos grandes cambios en su ADN después de millones de años de evolución y miles de años de domesticación. Podemos aprovecharlos. este ‘margen de maniobra’ para realizar grandes cambios en sólo unos pocos años para ayudar a las plantas a crecer de manera más eficiente o adaptarse al cambio climático”.
En este estudio, los investigadores de RIPE aprendieron que la inversión o “volteo” del ADN regulador daba como resultado una mayor expresión genética. PSBS. Único en este proyecto, después de la mayor inversión en ADN, los miembros del equipo probaron una secuencia de ARN para comparar la actividad de todos los genes en el genoma del arroz. ¿Cómo cambia con y sin modificación? Lo que encontraron fue una cantidad muy pequeña de genes expresados diferencialmente, mucho más pequeña que estudios de transcriptomas similares, lo que sugiere que su enfoque no comprometió la actividad de otros procesos esenciales.
Patel-Tipper añadió que si bien el equipo demostró que este método es posible, todavía es relativamente raro. Aproximadamente el 1% de las plantas que produjeron tenían el fenotipo deseado.
“Aquí mostramos una prueba de concepto: podemos usar CRISPR/Cas9 para crear variantes en genes de cultivos clave y obtener los mismos saltos que obtenemos con los métodos tradicionales de mejoramiento de plantas. Pero en una característica muy enfocada que queremos diseñar y en una escala de tiempo muy rápida”, dijo Patel-Tipper. “Ciertamente es más difícil que utilizar un enfoque de plantas transgénicas, pero al modificar algo que ya existe, podemos evitar los problemas regulatorios que surgen con la rapidez con la que tales herramientas llegan a manos de los agricultores”.
