-
Edycja genomu
Edycja genomu – precyzyjna i szybka nowa technika hodowli
Edycja genomu jest nową metodą hodowli (NBM), która poprzez ukierunkowaną mutagenezę pozwala na precyzyjny i szybki rozwój odmian roślin uprawnych.
Edycja genomu jest bardziej precyzyjna niż tradycyjne metody hodowli, a bezpośrednia zmiana genomu umożliwia modyfikację jedynie docelowych, wybranych cech.
Co istotne, w porównaniu z tradycyjnymi metodami hodowli, edycja genomu może przyspieszyć rozwój nowych odmian roślin o 20-30%.
Istnieją różne formy i techniki edycji genomu. Opierają się one na programowalnych enzymach (nukleazach), które są używane do cięcia DNA w określonych miejscach, tak aby możliwe było dokonanie celowych i precyzyjnych delecji (usunięcie fragmentu nici DNA), zastąpienia fragmentu DNA, lub insercji do genomu. Mimo że innowacje, jeśli chodzi o edycję genomu sięgają lat 80-tych, to przy hodowli roślin metoda ta jest stosowana dopiero od 2005 roku. Wcześniejsze metody edycji genomu obejmują meganukleazy, nukleazy z palca cynkowego (ZFN) i nukleazy efektorowe podobne do aktywatora transkrypcji (TALEN). Od czasu pierwszego zastosowania w hodowli roślin w 2013 roku, CRISPR/Cas stał się najczęściej stosowaną metodą ze względu na swoją względną prostotę, wydajność, wszechstronność i szybkość.
CRISPR/Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas protein) opiera się na naturalnym układzie odpornościowym bakterii. Jako obrona przed wirusami, niektóre bakterie są w stanie wychwytywać DNA z wirusów i używać go do tworzenia segmentów DNA – co pozwala im bezpośrednio celować w podobne wirusy w kolejnych atakach, rozcinając ich DNA.
Naukowcy są w stanie wykorzystać tę samą prawidłowość w edycji genomu. Pierwszym krokiem jest identyfikacja docelowych genów, czyli docelowej sekwencji DNA w roślinie – na przykład tych genów, które determinują podatność rośliny na patogeny. Przewodnik RNA jest zbudowany zgodnie z docelową sekwencją DNA. W jądrze komórki roślinnej odnajduje właściwą lokalizację i przenosi ze sobą Cas, enzym tnący. Cas tnie docelową nić DNA, tworząc pęknięcie podwójnej nici. Białko Cas może być stosowane w połączeniu z naturalnymi procesami naprawy DNA komórki, aby aktywować lub represjonować geny lub umożliwić zmianę określonych nukleotydów w inne nukleotydy.
Istnieją różne formy zastosowań edycji genomu. Za pomocą CRISPR/Cas można indukować trzy rodzaje nukleaz skierowanych do miejsca: SDN-1 (delecje lub mutacje punktowe), SDN-2 (celowane zmiany kilku nukleotydów) lub SDN-3 (celowane wstawianie genów lub sekwencji genów, w tym insercje transgeniczne).
Innowacje w hodowli roślin
Edycję genomu można wykorzystać do opracowania upraw o korzystnych cechach:
Wiele przykładów udanej implementacji pokazuje, że edycja genomu może znacząco przyczynić się do globalnego bezpieczeństwa żywnościowego i zrównoważonego rolnictwa. Odmiany odporne na szkodniki lub choroby lub odmiany o wyższej efektywności wykorzystania składników odżywczych lub wody mogą umożliwić zmniejszenie nakładów rolniczych, takich jak nawozy nieorganiczne, środki ochrony roślin i woda. Ponadto, uprawy będzie można lepiej dostosować do globalnie i lokalnie zmieniającego się klimatu, a zmniejszone zapotrzebowanie na grunty rolne i nakłady zmniejszą ogólny wkład rolnictwa w globalne emisje gazów cieplarnianych.
Edycja genomu w KWS
W KWS zrównoważone rolnictwo jest głównym celem stosowania metod edycji genomu dla naszych kluczowych upraw od 2015 roku. Ze względu na obecne regulacje prawne UE, które skutecznie zabraniają stosowania edycji genomu w hodowli roślin, obecnie skupiamy się na badaniach. Wykorzystujemy edycję genomu na przykład do identyfikacji i walidacji genów.
Jeśli chodzi o przyszłość edycji genomu, to koncentrujemy się na rozwoju takich cech, jak odporność na grzyby, wirusy i owady, stabilność plonów i jakość kiszonki.
KWS jest jedną z blisko 60 firm współpracujących w projekcie badawczym PILTON, zarządzanym przez Niemiecką Federację Innowacji Roślin e.V. (GFPi). Celem tego projektu jest opracowanie wielu tolerancji grzybów w pszenicy oraz zademonstrowanie potencjału edycji genomu w ograniczaniu zapotrzebowania na środki ochrony roślin.
„Jesteśmy zaangażowani w podejmowanie wyzwań związanych z rolnictwem poprzez innowacyjne podejścia. Dzięki szybkości i precyzji edycji genomu umożliwiamy rozwój upraw odpornych na zmiany klimatu, zapewniając rozwiązania dla zrównoważonego rolnictwa.“
Dalsza lektura (EN)
| New Breeding Methods: More than just a "test-tube scenario" |
Download 2022 (PDF | 144 KB) Download 2023 (PDF | 491 KB) |
| EU-SAGE interactive online database of genome-edited crops | Read more |