Vědci z Kalifornské univerzity (UC Davis) a Innovative Genomics Institute představili průlomovou metodu úpravy rostlin – jak bezpečně a efektivně dopravit do cílových buněk nástroje pro jejich úpravu. Tato metoda zároveň eliminuje potřebu tkáňových kultur a regenerace, čímž dramaticky zrychluje šlechtitelský proces, a výsledná rostlina má přesně upravenou vlastnost, aniž by obsahovala geny pocházející z jiných rostlin (není tedy považována za GMO).
Jak to celé funguje?
Doposud nejpoužívanější nástroj, systém CRISPR/Cas9, totiž často naráží na své fyzikální limity. Molekula Cas9 je totiž příliš veliká (tvoří ji více než 1 000 aminokyselin) na to, aby bylo možné ji vložit do virových vektorů, jejichž kapacita je v tomto případě omezená. Kvůli této velikostní bariéře museli vědci dříve postupovat složitou oklikou – nejprve vytvořili transgenní rostlinu, která měla kód pro protein Cas9 trvale vložený do své vlastní DNA. Teprve u této rostliny (která už z legislativního pohledu je GMO) mohli použít virus k doručení zbývajících komponent (zejména naváděcí RNA). Celý proces byl zdlouhavý, nákladný a vyžadoval zpravidla náročnou laboratorní regeneraci rostlin z tkáňových kultur.
Řešení přinesl enzym TnpB z bakterie Deinococcus radiodurans, který pochází z rodiny tzv. „skákajících genů“ (transpozonů). TnpB je přibližně třikrát menší než Cas9 (má jen kolem 400 aminokyselin), takže se do virového „kurýra“ bez problému vejde. Vědci zvolili jako „dopravní prostředek“ RNA virus kadeřavosti tabáku (TRV, tobacco rattle virus), který se v rostlině velmi efektivně šíří. Aby byl tento systém v rostlinách co nejúčinnější, vědci TnpB dále vylepšili do varianty eTnpBc. Tato inovace umožnila, aby virus doručil vše potřebné k editaci genomu najednou, přímo do listů mladých rostlin.
Úspěch vědci demonstrovali na rostlinách tabáku Nicotiana benthamiana, kde cílili na geny, které ovlivňují jejich zelenou barvu, konkrétně na geny ChlH a PDS. Vyřazení těchto genů, zapojených do tvorby chlorofylu a karotenoidů, se projevilo žlutými, respektive bílými částmi listů. Účinnost úprav byla výborná – u některých pokusů dosáhla u dospělých rostlin i jejich potomstva 90 až 100 %.
Zásadní otázkou bylo, jak zajistit, aby se úprava přenesla do semen, když se samotný virus TRV do semen nepřenáší. Podařilo se to díky tomu, že virus putuje rostlinou až do jejích růstových vrcholů (meristémů). Zde editační systém „upraví“ DNA v buňkách, ze kterých později vznikají květy a semena. Díky tomu nastává unikátní situace – editace je dědičná (DNA v semeni je trvale změněná, protože změna proběhla u jeho buněčných „předků“ v meristému) a rostlina je bez transgenů (samotný virus do embrya v semeni nepronikne a v nové generaci se již nevyskytuje).
Výsledkem tedy obecně mohou být rostliny s přesně upravenou vlastností (např. vyšší odolností), které ale nejsou klasickými GMO, protože neobsahují žádnou cizorodou DNA a jsou v podstatě nerozeznatelné od rostlin vzniklých běžným šlechtěním. Autoři předpokládají, že díky širokému spektru hostitelů viru TRV bude možné použít tuto metodu v budoucnu i na dalších klíčových plodinách, jako jsou rajčata, papriky nebo brambory. Vědci také předpokládají, že popsané principy pomohou vyvinout podobné systémy i pro další významné plodiny.
„Miniaturní editory“ TnpB tak otevírají cestu k zemědělství, které dokáže rychle reagovat například na klimatické změny bez zbytečné administrativní zátěže.
Zdroj: biotrin.cz