Bessere Pflanzenbearbeitung durch verbesserte DNA-Reparatur

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Ein neues Genom-Editierungssystem erhöht die Effizienz eines fehlerfreien DNA-Reparaturweges, was dazu beitragen könnte, die agronomischen Merkmale in mehreren Kulturen zu verbessern.

Bei der Bearbeitung des Genoms wird die DNA an ganz bestimmten Stellen geschnitten und die natürlichen Reparaturwege der Zellen zur Veränderung von Genen genutzt.

Pflanzenzellen enthalten zwei Reparaturwege: die nicht-homologe Endverbindung (NHEJ) und die homolog-geleitete Reparatur (HDR).”In Pflanzen ist NHEJ der dominierende Reparaturweg in den meisten Zellstadien”, sagt KAUST-Postdoc Khalid Sedeek.

Aber sie ist fehleranfällig.

Für präzise genetische Veränderungen brauchen wir mehr Kontrolle als die NHEJ.

HDR ist fehlerfrei, aber in den Betrieben ineffizient.

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Wir haben ein Genom-Editierungssystem entwickelt, um die Effizienz des HDR zu verbessern.Das System verwendet Cas9 als DNA-Schere.

Cas9 ist mit VirD2 fusioniert, einem Protein, das aus dem Agrobacterium tumefaciens stammt, einem Bodenbakterium, das in Pflanzen Krankheiten verursacht, indem es einen Teil seiner eigenen DNA in das Pflanzengenom einfügt.

VirD2 führt die bakterielle DNA in den Pflanzenkern.

“Wir dachten, wir könnten VirD2 verwenden, um an eine breite Palette von Reparaturvorlagen zu binden, um die HDR-Rate in Pflanzen zu erhöhen, indem wir die Vorlage nahe an den DNA-Bruch bringen”, sagt der KAUST-Forscher Zahir Ali.Eine Leit-RNA leitet Cas9 an eine bestimmte Stelle des Pflanzengenoms, die für die Bearbeitung vorgesehen ist.

Cas9 schneidet den DNA-Strang, und VirD2 hält die Reparaturschablone nahe am Schnitt – der natürliche HDR-Reparaturpfad der Zelle verwendet sie, um die Reparatur mit den entsprechenden genetischen Modifikationen durchzuführen, die in der Schablone kodiert sind.

“Unsere Daten zeigten, dass die Bindung der Reparaturvorlage an das Cas9-VirD2-System die HDR-Rate in Pflanzenzellen im Vergleich zu Cas9 allein um das 5,5-fache verbesserte”, sagt Ali.Das Team testete ihr System in Reiszellen, um zu zeigen, dass die Schnitte präzise und vererbbar sind.

Es hat erfolgreich das Gen modifiziert, das für das Enzym Acetolaktat-Synthase kodiert, eine Veränderung, die den Reiskulturen helfen kann, zu überleben, wenn Herbizide gespritzt werden, um….

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