Springende genen voor efficiëntie
Er is nog geen efficiënte manier heel nauwkeurig grote stukken DNA in het genoom van planten plaatsen. Nu laten Amerikaanse onderzoekers in Nature een tien keer efficiëntere methode zien.
Soms wil je een gen toevoegen om uit te viegelieren wat het doet. Soms doe je het om een gewas bijvoorbeeld resistent tegen ziektes te maken. Maar wat je reden ook is, er is geen efficiënte methode die het gen op een gewenste locatie in het genoom plaatst.
Als je denkt aan precisie en aanpassingen aan het genoom denk je al snel aan CRISPR-Cas. Dit systeem kaan heel gericht een knip in het DNA maken. Handig om enkele basen aan te passen. Maar grote stukken DNA integreren is een ander verhaal. Om daar verandering in te brengen keken de onderzoekers naar springende genen.
Het combineren van CRISPR-Cas9 met de Pong transponases vergrote de efficiëntie met wel 10 keer
Springende genen knippen zichzelf met behulp van transposanses uit het genoom en nestelen zich op een nieuw plek in het genoom. Waar precies hangt af van de voorkeur van het springende gen. Dit kan bijvoorbeeld op een plek zijn waar het DNA gebroken is. Opmerkelijk in dit proces is dat tijdens het springen de transponases het DNA beschermen tegen afbraak.
De onderzoekers besloten om te kijken of het mogelijk was om het inpassen van grote stukken DNA in het genoom efficiënter te maken door CRISPR-Cas en springende genen te combineren. Hiervoor gebruikte ze het in rijst voorkomende springende gen mPing en Pong transponases, ORF1 en ORF2.
Om te testen of deze combinatie kan werken creëerden de onderzoekers eerst een Arabidopsis plant met mPing. Voegde ze aan deze plant CRISPR-Cas9, ORF1, en ORF2 toe dan zagen de onderzoekers dat mPing naar het door het CRIPSR-Cas gids-RNA aangeduide plek sprong. Dit gebeurde met grote precisie, precisie die nog groter werd wanneer het Cas9 en ORF2 enzymen aan elkaar gekoppeld zaten. Maar die koppeling kwam wel met een prijs. Waar die efficiëntie zonder koppeling rond de 35.5% lag, lag die met koppeling rond de 6.7%. Nog steeds hoger dan de tot nu toe gebruikte precisie systemen die een efficiëntie tussen de 0.24 en 4.8% hebben.
De onderzoekers verwachten dat het systeem in alle planten, behalve rijst gaat werken
Vervolgens keken de onderzoekers of het systeem met een vreemd gen midden in mPing nog steeds werkte. Dit bleek het geval te zijn. Al bleek dat een extra 8994 base paren de efficiëntie wel iets verlaagde.
Nu was de grote vraag of het systeem ook werkte in ander planten dan tot nu toe gebruikte Arabidopsis. Om dat uit te vinden richtte de onderzoekers zich tot sojabonen. Ook daar bleek het systeem te werken, al waren er wel een paar aanpassingen nodig. Zoals een langer tussenstukje tussen Cas9 en ORF2.
De onderzoekers verwachten dat dit nieuwe systeem dat ze TATSI hebben gedoopt voor de meeste planten zal werken. Met uitzondering van rijst, omdat iedere soort z’n eigen springende genen onderdrukken. Voor rijst zijn er daarom een springend gen van een andere soort nodig.
Literatuur
Liu, P., Panda, K., Edwards, S.A. et al. Transposase-assisted target-site integration for efficient plant genome engineering. Nature 631, 593–600 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07613-8
Plant en Zo 