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. Si bien otros estudios han utilizado la edición de genes CRISPR/Cas9 para desactivar o reducir la expresión genética, se publicó una nueva investigación Desarrollo de la ciencia es el primer enfoque 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 cultivos, en lugar de simplemente eliminar genes o ‘desactivarlos’ la arquitectura de la planta y el tamaño de la fruta», dijo Dhruv Patel-Tupper, autor principal del estudio. y ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Niyogi en la UCB. «Hasta donde sabemos, este es el primer estudio en el que nos preguntamos si podemos utilizar el mismo enfoque para aumentar la expresión genética y mejorar objetivamente la función posterior».

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 mejoró la eficiencia del uso del agua de un cultivo modelo al sobreexpresar uno de estos genes, PsbS, en plantas, el laboratorio Niyogi y su líder, Chris Niyogi, querían descubrir cómo cambiar la expresión de genes nativos de las plantas sin agregar ADN extraño. El arroz proporciona al menos el 20% de las calorías del mundo, según la Organización para la Alimentación y la Agricultura, y debido a que tiene sólo una copia de tres genes principales de fotoprotección de plantas, fue un sistema modelo ideal para este estudio de edición de genes.

El laboratorio de Niyogi llevó a cabo este trabajo como parte del proyecto de investigación internacional liderado por la Universidad de Illinois Realizando una mayor eficiencia fotosintética (RIPE), que tiene como objetivo aumentar la producción mundial de alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan de manera más eficiente la energía solar en alimentos, con el apoyo del Proyecto de Ley. & Melinda Gates, la Fundación para la Investigación Agrícola y Alimentaria y el Ministerio de Asuntos Exteriores, Commonwealth y Desarrollo del Reino Unido.

El plan del laboratorio era utilizar CRISPR/Cas9 para cambiar el ADN aguas arriba de un gen objetivo que controla qué cantidad del gen se expresa y cuándo. Se preguntaron si estos cambios afectarían el desempeño posterior y en qué medida. Incluso ellos quedaron sorprendidos por los resultados.

«Los cambios en el ADN que aumentaron la expresión genética fueron mucho mayores de lo que esperábamos, y mayores de lo que realmente hemos visto en otras historias similares», dijo Patel-Tupper, ahora miembro de política científica y tecnológica de la AAAS del USDA. «Nos sorprendió un poco, pero creo que demuestra lo plásticos que son las plantas y los cultivos. Están acostumbrados a estos grandes cambios en su ADN a lo largo de millones de años de evolución y miles de años de domesticación. Como biólogos vegetales, podemos utilizar este “margen de maniobra” para realizar grandes cambios en tan solo 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 las inversiones o «cortes» reguladores del ADN conducían a una mayor expresión genética. PsbS. Único en este proyecto, después de realizar la principal inversión del ADN, los miembros del equipo realizaron un experimento de secuenciación de ARN para comparar cómo cambiaba la actividad de todos los genes en el genoma del arroz con y sin sus modificaciones. Encontraron una cantidad muy pequeña de genes expresados ​​diferencialmente, mucho más pequeños que estudios de transcriptomas similares, lo que sugiere que su enfoque no compromete el funcionamiento de otros procesos esenciales.

Patel-Tupper añadió que si bien el equipo demostró que el método era posible, todavía era relativamente raro. Aproximadamente el 1% de las plantas que produjeron tenían el fenotipo deseado.

«Aquí mostramos una prueba de concepto de que podemos usar CRISPR/Cas9 para generar variantes en genes clave de cultivos y lograr los mismos avances que los enfoques tradicionales de fitomejoramiento, pero en un rasgo muy enfocado que queremos desarrollar y en un tiempo mucho más rápido. marco», dijo Patel-Tupper. «Ciertamente es más difícil que utilizar un enfoque de plantas transgénicas, pero al cambiar algo que ya existe, podemos evitar problemas regulatorios que pueden ralentizar la rapidez con la que llegamos a manos de los agricultores.



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