Naukowcy z University of California w Davis i międzynarodowy zespół naukowców wykorzystali narzędzie do edycji genomu CRISPR-Cas, aby stworzyć odporne na choroby rośliny ryżu, zgodnie z nowym badaniem opublikowanym w czasopiśmie Nature 14 czerwca.
Próby polowe na małą skalę w Chinach wykazały, że nowo stworzona odmiana ryżu, opracowana poprzez edycję genomu nowo odkrytego genu, wykazywała zarówno wysokie plony, jak i odporność na grzyba, który powoduje poważną chorobę zwaną zarazą ryżu. Ryż jest podstawową uprawą, która żywi połowę światowej populacji.
Guotian Li, współprowadzący autor badania, początkowo odkrył mutanta znanego jako mutant naśladujący zmiany chorobowe, pracując jako doktor habilitowany w laboratorium Pameli Ronald w UC Davis. Ronald jest współprowadzącym autorem i wybitnym profesorem na Wydziale Patologii Roślin i Centrum Genomu.
„To spory krok naprzód, że jego zespół był w stanie ulepszyć ten gen, czyniąc go potencjalnie użytecznym dla rolników. To czyni go ważnym” – powiedział Ronald.
Korzenie odkrycia zaczęły się w laboratorium Ronalda, gdzie stworzyli i zsekwencjonowali 3200 różnych szczepów ryżu, z których każdy posiadał różne mutacje. Wśród tych szczepów Guotian zidentyfikował jeden z ciemnymi plamami na liściach.
„Odkrył, że szczep był również odporny na infekcje bakteryjne, ale był bardzo mały i mało wydajny” – powiedział Ronald. „Tego typu mutanty naśladujące zmiany chorobowe odkryto już wcześniej, ale tylko w kilku przypadkach były one przydatne dla rolników ze względu na niską wydajność”.
Praca z CRISPRem
Guotian kontynuował badania, kiedy dołączył do Huazhong Agricultural University w Wuhan w Chinach.
Użył CRISPR-Cas9 do wyizolowania genu związanego z mutacją i zastosował edycję genomu, aby odtworzyć tę cechę odporności, ostatecznie identyfikując linię, która miała dobrą wydajność i była odporna na trzy różne patogeny, w tym grzyba wywołującego zarazę ryżu.
Ronald powiedział, że w próbach polowych na małą skalę posadzonych na poletkach obciążonych chorobami, nowe rośliny ryżu dały pięć razy większy plon niż ryż kontrolny, który został uszkodzony przez grzyby.
„Blast jest najpoważniejszą chorobą roślin na świecie, ponieważ dotyka praktycznie wszystkie regiony uprawy ryżu, a także dlatego, że ryż jest ogromnym plonem” – powiedział Ronald.
Przyszłe zastosowania
Naukowcy mają nadzieję odtworzyć tę mutację w powszechnie uprawianych odmianach ryżu. Obecnie zoptymalizowali ten gen tylko w modelowej odmianie o nazwie „Kitaake”, która nie jest powszechnie uprawiana. Mają również nadzieję, że celują w ten sam gen w pszenicy, aby stworzyć pszenicę odporną na choroby.
„Wiele z tych mutantów naśladujących uszkodzenia zostało odkrytych i odłożonych na bok, ponieważ mają niską wydajność. Mamy nadzieję, że ludzie będą mogli przyjrzeć się niektórym z nich i zobaczyć, czy mogą je edytować, aby uzyskać dobrą równowagę między odpornością a wysoka wydajność” – powiedział Ronald.
Rashmi Jain z Wydziału Patologii Roślin i Centrum Genomu UC Davis również przyczynił się do badań, podobnie jak naukowcy z BGI-Shenzhen, Huazhong Agricultural University, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Northwest A&F University i Shandong Academy of Agricultural Sciences, Chiny; Lawrence Berkeley National Laboratory i UC Berkeley; Uniwersytet w Adelajdzie, Australia; oraz Uniwersytet w Bordeaux we Francji.
Badania w laboratorium Ronalda były wspierane przez National Science Foundation, National Institutes of Health i Joint Bioenergy Institute finansowane przez Departament Energii USA.