Glossar zum Genome Editing

Eine Methode, bei dem eine Agrobacterium tumefaciens Lösung mit einem Plasmid in das Pflanzengewebe (oftmals Blätter) infiltriert wird, um eine hohe und vorübergehende Expression der tDNA (transfer DNA) zu bewirken.

Eine variante Form eines Gens an einem bestimmten Locus auf einem Chromosom. Unterschiedliche Allele bewirken Variationen der vererbten Merkmale.

Base Editing ist eine Methode des Genom Editings, die auf CRISPR/Cas9 basiert. Sie ermöglicht die gezielte und gerichtete Umwandlung einer DNA- oder RNA-Base in eine andere (d. h. die Einführung einer Punktmutation) mithilfe von DNA- oder RNA-Baseneditoren. Diese Baseneditoren bestehen aus einer katalytisch inaktiven Nuklease, die mit einem katalytisch aktiven Nukleobasendeaminase-Enzym fusioniert ist.

Eine fadenförmige Struktur, die aus einem einzigen DNA-Strang besteht und die in der Regel viele Hunderte von Genen trägt. Pflanzen haben eine unterschiedliche Anzahl von Chromosomen: Die Zuckerrübe beispielsweise hat 18 Chromosomen. Pflanzen unterscheiden sich auch in ihrer Ploidie, also in Anzahl der Chromosomensätze.

Die Chromosomen befinden sich normalerweise im Kern einer Zelle. Auch die Organellen der Pflanzen (Mitochondrien und Chloroplasten) enthalten DNA.

Integration eines Cisgens in das Pflanzengenom.

Eine adaptive Komponente des Immunsystems von Bakterien und Archaeen, die als Methode der Genome Editing verwendet wird. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) beschreibt ein Abschnitt von sich wiederholenden Sequenzen, die durch (fremde) virale DNA (Spacer genannt) getrennt sind. Mit CRISPR assoziierte Proteine (Cas) nutzen diese spezifischen Sequenzen, um die Zelle zu schützen, indem sie virale DNA finden und zerstören.

Ein Protein, das als biologischer Katalysator für chemische Reaktionen agiert.

Ein DNA-Abschnitt an einer bestimmten Stelle eines Chromosoms, der eine funktionelle Vererbungs-Einheit darstellt. Das Ablesen eines Gens führt in der Regel zur Bildung eines Proteins oder RNA-Moleküls.

Die gesamte DNA eines Organismus. Pflanzengenome sind in ihrer Größe sehr variabel.

Der Begriff umfasst verschiedene neue Methoden, mit denen gezielt und ortsspezifisch Doppelstrangbrüche in der DNA induziert werden. Aufgrund des zelleigenen, aber oft fehleranfälligen DNA-Reparaturmechanismus (NHEJ: non-homologous end-joining) können Doppelstrangbrüche zu Mutationen führen (InDels, SNPs). Bei Vorhandensein einer Reparaturvorlage kann der (zelluläre) präzise Mechanismus der homologen Rekombination (HR) genutzt werden, um spezifische Veränderungen in der DNA vorzunehmen oder ganze Gene einzufügen. Die unter diesem Begriff zusammengefassten Methoden sind CRISPR/Cas, TALENs, ZFNs, Meganukleasen und ODM.

Der Genotyp beschreibt die genetische Konstitution eines Organismus.

Genome, innerhalb deren eine sexuelle Rekombination durch Hybridisierung möglich ist (eingeschlossen durch Methoden wie Embryokultur).

Ein Organismus, in den ein oder mehrere Gene von einer nicht kreuzbaren Art (außerhalb des Genpools) übertragen oder eingeführt worden sind.

Der Prozess des Erzeugens einer Mutation an einer vordefinierten Stelle innerhalb eines Genoms durch den Einsatz von Genome Editing-Methoden. Die resultierende Mutation kann zufällig (durch SDN-1) oder spezifisch (z. B. durch Base Editing, SDN-2 oder SDN-3) sein. Sequenzinsertionen und -austausche durch gezielte Mutagenese sind auf Sequenzvariationen innerhalb des Genpools (kreuzbare Arten) beschränkt. Die erzielten Veränderungen könnten das Ergebnis herkömmlicher Züchtung oder natürlicher Mutationen sein.

Kurze RNA-Abschnitte, die verwendet werden, um das DNA-schneidende Proteine zum Zielort im Genom zu führen. gRNAs enthalten eine homologe Region zur Zielsequenz (üblicherweise 20 Basen) und eine Sequenz, die mit der Nuklease (z.B. Cas9) interagiert.

Verschiedene Varianten (Allele) eines bestimmten Gens auf den homologen Chromosomen einer Zelle oder eines Organismus.

Reparaturmechanismus der Zelle von DNA-Strangbrüchen, bei dem die DNA durch einen Abschnitt von homologer Spender-DNA, die als Reparaturvorlage verwendet wird, „geflickt“ wird. Die Spender-DNA muss große Ähnlichkeiten in den Sequenzen (Homologien genannt) zu der DNA an den Bruchstellen aufweisen, um eingebaut werden zu können. HR ist eine präzisere Reparatur als die NHEJ. Beim Genome Editing wird die Spender-DNA gezielt entworfen und eingebracht, was es potenziell erlaubt, ein krankheitserregendes Gen durch eine gesunde Kopie zu ersetzen.

Die gleiche Variante (Allel) eines bestimmten Gens auf den homologen Chromosomen einer Zelle oder eines Organismus.

Abkürzung für Insertion und/oder Deletion. Beschreibt die zufällige Entfernung oder Einführung von Nukleotiden in der DNA-Sequenz. InDels treten auf, wenn der DNA-Doppelstrang durch NHEJ ungenau repariert wird. Dies führt häufig zur Unterbrechung des offenen Leserasters und/oder zur Bildung von vorzeitigen Stopp-Kodons und damit zum Verlust der Genfunktion.

Jede neue Kombination von Genen und regulatorischen Elementen derselben Spezies, die außerhalb des Organismus zusammengefügt und in das Pflanzengenom eingebracht wurden sowie an die nächste Generation vererbt werden können.

Eine Linie, die durch wiederholte Selbstbefruchtung eine ausreichende Homozygotie erreicht hat, um als homozygot zu gelten.

Ein Enzym, das an die DNA bindet und sie an bestimmter Stelle schneidet. Meganukleasen können bei Genom Editing sowohl für die nonhomologous end joining (NHEJ) als auch für durch Homologe Rekombination eingesetzt werden.

Ein beobachtbares (sichtbares oder anderweitig identifizierbares) Merkmal eines Organismus. Zum Beispiel ist die Blütenfarbe ein Merkmal.

Eine Veränderung in der DNA-Sequenz eines Organismus. Die Veränderung kann gering sein (SNPs, kleine InDels), Tausende von Basenpaaren umfassen (Insertionen, Deletionen, Translokationen, Austausche) oder ganze Chromosomen betreffen, ist aber auf Sequenzvarianten innerhalb des Genpools beschränkt (kreuzbare Arten).

Ein Enzym, das DNA- oder RNA-Stränge schneiden kann.

Eine direkte oder indirekte, unbeabsichtigte, kurz- oder langfristige Folge eines Eingriffs an einem Organismus, die nicht die beabsichtigte Wirkung auf diesen Organismus hat. Zum Beispiel, wenn ein Genome Editing Enzym die DNA an einer unbeabsichtigten, dem eigentlichen Ziel sehr ähnlichen, "off-target" Stelle schneidet.

Verschiedene beobachtbare Merkmale, die von zwei oder mehr Allelen eines genetischen Locus innerhalb einer Art erzeugt werden können, die ein Merkmal kontrollieren, das das Ergebnis des Genotyps und seiner Wechselwirkung mit der Umwelt ist. Zum Beispiel ist die Blütenfarbe ein Merkmal und rote und weiße Blütenfarben sind zwei verschiedene Phänotypen für das Merkmal Blütenfarbe.

In der Natur ist ein Plasmid ein kleines DNA-Molekül innerhalb einer Zelle, das physikalisch von der chromosomalen DNA getrennt ist und sich unabhängig von der genomischen DNA replizieren kann. Plasmide werden am häufigsten als kleine kreisförmige, doppelsträngige DNA-Moleküle in Bakterien gefunden. In der Gentechnik sind isolierte, künstliche Plasmide als Vektoren bei der Klonierung weit verbreitet.

Prime Editing ist ein auf CRISPR/Cas9 basierendes Verfahren, bei dem die DNA umgeschrieben wird, um gezielte und präzise Insertionen, Deletionen und Basenaustausche zu bewirken. Bei dieser Methode werden eine Prime-Editing-Guide-RNA (pegRNA), eine katalytisch eingeschränkte Cas9-Nuklease und eine reverse Transkriptase verwendet, die die präzise Änderung, das Hinzufügen oder das Entfernen einer Sequenz einleitet. Sobald das neue genetische Material in den geschnittenen DNA-Strang eingebaut ist, kappt der Prime-Editor den unbearbeiteten Strang und signalisiert der Zelle, dass sie ihn entsprechend dem bearbeiteten Strang neu aufbauen soll.

Nukleinsäurestrang, der durch das Zusammenfügen von zwei oder mehr Nukleinsäuremolekülen mit beliebigen Mitteln außerhalb eines Organismus hergestellt wurde und der nach dem Einfügen in einen Organismus an die nächste Generation vererbt werden kann (in Übereinstimmung mit BVL, 2017).

Eine Nukleinsäuresequenz, die verwendet wird, um zelluläre DNA-Reparaturwege so zu steuern, dass sie spezifische DNA-Sequenzänderungen an oder in der Nähe einer Zielstelle einbauen.

Ein einzelsträngiges Molekül, das die DNA-Informationen für die Entwicklung, Funktion und Fortpflanzung aller lebenden Organismen überträgt und reguliert.

RNAi ist ein natürlich vorkommender Mechanismus zur Abschaltung von Genen, der durch doppelsträngige RNA (dsRNA) ausgelöst wird. RNAi-Verfahren können von Forschern eingesetzt werden, um die Expression eines bestimmten Gens zu blockieren oder zu reduzieren.

Ein unterscheidbarer, einheitlicher, stabiler Genotyp, der aufgrund seines Wertes für den Anbau und die Nutzung anerkannt wurde.

Der Organismus, aus dem genetisches Material zur Übertragung auf dem Empfängerorganismus verwendet wird.

Ein Organismus, in den ein oder mehrere Gene von einer nicht kreuzbaren Art (außerhalb des Genpools) übertragen oder eingeführt worden sind.

Eine Nukleinsäuresequenz, die einer gezielten Bindung, Veränderung oder Spaltung unterliegt.