Jumping genes for efficiency

Jumping genes for efficiency

At the moment there is no efficient way to precisely insert large chunks of DNA in a plants genome. Now American researchers show a way in Nature that is ten times as efficient than current methods.

Sometimes you like to insert a gene in order to find out what it does. Sometimes you do it because you like to make a crop disease resistant. But whatever the reason, there is no efficient way that inserts a gene in the preferred location in the genome.

When you think about precise edits of the genome you probably think about CRISPR-Cas. This system can with great precision make a cut in the DNA. Useful for single base edits. But integrating larger chunks of DNA is a different story. To change that the researchers look in the direction of jumping genes.

Combining CRISPR-Cas9 with the Pong transponases increased the efficiency 10 times

With help of transponases jumping genes cut themselves out of the genome and intergrate themselves in a new spot in the genome. Where exactly depends on the preferences of the jumping gene. But it can be at a location where the DNA is broken. Of note is that during this jumping the transponases protect the DNA against degradation.

The researchers decided to study if was possible to increase the efficiency of integrating large chunks of DNA in the genome by combining CRISPR-Cas and jumping genes. They decided to use in the rice jumping gene mPing and its Pong transponases ORF1 and ORF2.

In order to test if this combination could work the researchers first created an Arabidopsis plant with mPing. When they added CRISPR-Cas9, ORF1, and ORF2, then the researchers noticed mPing jumping to the by the CRISPR-Cas guide-RNA designated spot. This occurred with great precision, which increased when the enzymes Cas9 and ORF2 were linked. But this linking came at a cost. Was the efficiency without linking around the 35.5%, was this with linking around the 6.7%. Still higher than the current precision methods which have an efficiency between the 0.24 and 4.8%.

The researchers expect the system to work in all plants, except in rice

Subsequently the researchers tested if the system was still working with a foreign gene located within mPing. This turned out to be. Although, an extra 8994 basses also reduced the efficiency a little bit.

The big question was does the system also work on other plants than the up till now used Arabidopsis. To find this out the researchers turned to soyabeans. In which the system also appeared to work. Although some adjustments were needed. Like a longer linker between Cas9 and ORF2.

The researchers expect that the new system, that they named TATSI, will work in other plants as well. With one exception, rice, because each species suppresses its own jumping genes. Therefore fore rice an jumping gene from another species will be required.

Literature

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

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Springende genen voor efficiëntie

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

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Climate robust coffee

Climate robust coffee

That cup of coffee you drank this morning, it was likely made from Arabica coffee beans. However, the Arabica coffee plant is a bit delicate. It likes gentle temperatures and is disease sensitive. The expectation is that due to climate change its production decreases with 80%. But don’t worry, there is an alternative, the Robusta, that is what an international group of researchers is telling us.

A lot of coffee fanatics see coffee made from Robusta coffee beans as inferior to coffee from Arabica beans. It is possible that this might be due to the large genetic variation that is seen between Robusta coffee plants. There appeared to be larger differences between these than between those of Arabica coffee plants.

For their study the researchers analysed the yield and the taste of coffee beans of 27 Arabica and 27 Robusta coffee varieties. This they did over five years in three different regions of Brazil.

The variation between the Robusta varieties is both a curse and a blessing

Each species had its own regio in which it best performed. But in general the yield of Robusta coffee plants was larger than those of Arabica coffee plants. Although the differences in yield between the Robusta varieties was greater that between the Arabica varieties.

When turning to taste, the researchers noticed that the general appreciation was higher for the Arabica beans than for the Robusta beans. But also here there was a large variation between the different Robusta varieties. There were even three variations that qua taste could compete with that of Arabica beans.

Also other traits important for the coffee farmer, like disease resistance, show lots of variation between the varieties. This variation between the different Robusta varieties is both a curse and a blessing. A curse because at the moment there is still too much variation of the taste of the beans for nice cups of coffee.

But the variation also enables the breeding for varieties which give under changing climate conditions better tasting bean as well as a higher yield than the current Arabica varieties.

Literature

Ferrão, M. A. G., Riva-Souza, E. M., Azevedo, C., Volpi, P. S., Fonseca, A. F. A., Ferrão, R. G., Montagnon, C., & Ferrão, L. F. V. (2024). Robust and smart: Inference on phenotypic plasticity of Coffea canephora reveals adaptation to alternative environments. Crop Science, 1–16. https://doi.org/10.1002/csc2.21298

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Klimaat robuuste koffie

Klimaat robuuste koffie

Grote kans dat je dagelijkse bakje pleur van Arabica koffiebonen is gemaakt. Maar de Arabica koffieplant is nogal delicaat. Het houdt van gematigde temperaturen en is gevoelig voor ziektes. De verwachting is dat door klimaatverandering de productie met 80% terug zou lopen. Maar wees niet getreurd, er is een alternatief, de Robusta, zo laten een groep van internationale onderzoekers zien.

Nu nog zien koffiefanaten de koffie afkomstig van de Robusta koffiebonen als minder goed dan die van Arabica koffiebonen. Dit zou wel eens kunnen komen door de grote genetische variatie van Robusta koffieplanten. Daar bleek veel meer onderlinge verschillen te zijn dan tussen een zelfde aantal Arabica koffieplanten.

Voor hun onderzoek analyseerde de onderzoekers de opbrengst en de smaak van de koffiebonen van 27 Arabica en 27 Robusta koffie variëteiten. Dit deden ze gedurende vijf jaar in drie verschillende regio’s in Brazilië.

De variatie tussen de Robusta variëteiten is zo wel een vloek als een zege

Elke soort had z’n eigen regio met de grootste opbrengst. Maar over het algemeen was de opbrengst van Robusta koffieplanten groter dan die van Arabica koffieplanten. Al zat er tussen de opbrengst van Robusta variëteiten onderling veel meer variatie dan tussen die van de Arabica variëteiten.

Wat smaak betreft was de gemiddeld waardering voor de Arabica boon hoger dan die van de Robusta boon. Maar ook hier zaten er weer grote verschillen tussen de Robusta bonen. Met zelfs drie variëteiten die kwa smaak niet onderdeden aan de Arabica boon.

Ook tussen andere eigenschappen die van belang zijn voor de koffieboer, zoals ziekteresistentie zat veel variatie tussen de verschillende Robusta variëteiten. Die variatie tussen de verschillende Robusta variëteiten is zowel een vloek als een zegen. Een vloek, omdat op het moment nog te veel variatie in de smaak van de bonen aanwezig is voor goede bakjes koffie.

Maar die variatie maakt het ook mogelijk om tot een groot aantal variëteiten te komen die zowel kwa smaak als kwa opbrengst het beter doen onder veranderende klimaatomstandigheden dan de Arabica variëteiten.

Literatuur

Ferrão, M. A. G., Riva-Souza, E. M., Azevedo, C., Volpi, P. S., Fonseca, A. F. A., Ferrão, R. G., Montagnon, C., & Ferrão, L. F. V. (2024). Robust and smart: Inference on phenotypic plasticity of Coffea canephora reveals adaptation to alternative environments. Crop Science, 1–16. https://doi.org/10.1002/csc2.21298

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.