O nouă metodă accelerează regenerarea plantelor perene greu de modificat genetic
Editarea genelor unei plante reprezintă doar o parte a procesului. Înainte ca o caracteristică nouă și îmbunătățită să ajungă în câmpul unui fermier, cercetătorii trebuie să poată crește o plantă întreagă pornind de la câteva celule editate — un proces care poate fi lent, nesigur și, pentru unele specii, imposibil. Un nou studiu coordonat de cercetători de la Texas A&M AgriLife Research, Universitatea Maryland și Departamentul Agriculturii al Statelor Unite (USDA) descrie o modalitate de a accelera acest blocaj la diverse culturi, inclusiv perene precum citricele, căpșunul, plopul și cartoful. Rezultatele au fost publicate în Nature Communications.
Echipa a dezvoltat un sistem numit CRISPR-Combo, care permite oamenilor de știință să editeze o genă de interes și, simultan, să activeze genele „morfogene” naturale ale plantei. Acestea controlează modul în care celulele se divid și se dezvoltă în rădăcini, lăstari și, în final, plante întregi. În loc să insereze copii suplimentare ale acestor gene care promovează creșterea, CRISPR-Combo intensifică activitatea versiunilor proprii ale plantei, acolo unde acestea se află deja în genom, folosind același instrument CRISPR care realizează editarea genetică.
„Regenerarea este unul dintre cele mai mari obstacole între o editare genetică promițătoare în laborator și un soi de cultură cu adevărat util pentru cultivatori”, a declarat Mandadi, director al Centrului de Cercetare și Extensiune Texas A&M AgriLife din Weslaco și profesor în Departamentul de Patologie și Microbiologie a Plantelor din cadrul Texas A&M. „Această lucrare arată că putem determina genele proprii ale plantei să regenereze mai rapid și mai fiabil, iar această abordare are un potențial real pentru culturi perene precum citricele, care au fost istoric foarte dificil de manipulat în laborator.”
De ce contează pentru cultivatori
Culturi perene precum citricele și plopul pot avea nevoie de ani pentru a parcurge un singur ciclu de ameliorare, iar multe culturi valoroase de fructe și nuci s-au dovedit deosebit de rezistente la transformarea și regenerarea în laborator. Prin activarea genelor proprii de regenerare ale plantei, în loc să se bazeze pe hormoni adăugați sau material genetic suplimentar, CRISPR-Combo oferă o abordare mai simplă și mai scalabilă. Echipa consideră că această metodă poate fi adaptată pentru a identifica gene morfogene și la alte culturi importante din punct de vedere comercial care răspund slab la metodele obișnuite de regenerare.
Testarea a zeci de gene, cultură cu cultură
Pentru a determina care gene merită activate, echipa a testat mai întâi candidați folosind un sistem rapid de „rădăcini păroase” dezvoltat de AgriLife Research. Sistemul induce creșterea rădăcinilor pe butași de plantă fără procesul îndelungat de regenerare a unei plante complete. Manikandan Ramasamy, cercetător asociat la centrul Texas A&M AgriLife din Weslaco, este principalul autor al studiului.
„La cartof, am testat 17 gene candidate și am identificat patru care au stimulat producția de rădăcini păroase”, a declarat Ramasamy. „Trei dintre acestea au îmbunătățit și regenerarea lăstarilor când au fost testate, ridicând eficiența regenerării la 45%–70%, comparativ cu aproximativ 30%–35% la martori.”
La citrice, o cultură notoriu de rezistentă la transformare și regenerare, echipa a testat 10 gene candidate și a găsit cinci care au stimulat semnificativ formarea rădăcinilor păroase. În condiții de laborator, toate cele cinci au dus eficiența regenerării lăstarilor la 80% sau mai mult, comparativ cu sub 60% la martori.
Combinarea genelor reduce timpul de regenerare cu o lună sau mai mult
La căpșunul sălbatic și la plop, cercetătorii au mers mai departe, activând simultan două gene morfogene, nu doar una. Activarea simultană a anumitor gene la căpșuni a scurtat timpul necesar pentru a produce o plantă complet regenerată și editată genetic cu peste o lună, comparativ cu metodele standard. La plop, co-activarea genelor a produs o schimbare și mai mare: lăstarii s-au regenerat în mai puțin de o lună și, notabil, fără adăugarea de hormoni vegetali externi, de obicei necesari în culturile de țesuturi. Liniile de plop cu ambele gene activate au prezentat cele mai ridicate rate de celule editate și s-au dezvoltat în plante mai înalte, cu biomasă mai mare, în seră, fără anomalii evidente.
