CRISPR の図。クレジット:国立衛生研究所
多重遺伝子活性化システムにより、現在の CRISPR 技術の 4 ～ 6 倍の活性化能力が可能になり、一度に最大 7 つの遺伝子を同時に活性化できます。
Nature Plants に掲載された新しい研究では 、メリーランド大学 (UMD) の植物科学の准教授である Yiping Qi は、従来の遺伝子編集の代わりに遺伝子活性化に焦点を当てた、新しく改良された CRISPR 3.0 システムを植物に導入します。この第 3 世代の CRISPR システムは、多重化された遺伝子の活性化に焦点を当てています。つまり、複数の遺伝子の機能を同時に高めることができます。
研究者によると、このシステムは現在の最先端の CRISPR 技術の 4 ～ 6 倍の活性化能力を誇り、一度に最大 7 つの遺伝子で高い精度と効率を示しています。 CRISPR は、望ましくない遺伝子をノックアウトできる遺伝子編集機能でよく知られていますが、遺伝子を活性化して機能を獲得することは、将来により良い植物や作物を作成するために不可欠です。
「私の研究室では以前に同時遺伝子編集 [多重編集] のシステムを作成しましたが、編集とは主に作物を改善するために機能の喪失を生み出すことです」と Qi は説明します。 「しかし、考えてみれば、その戦略は有限です。なぜなら、オフにして実際に何か価値のあるものを得ることができる遺伝子が無限にあるわけではないからです.論理的には、より良い形質を設計して繁殖させる方法は非常に限られていますが、植物はすでに進化して、後押しが必要なさまざまな経路、防御メカニズム、および形質を持つようになっている可能性があります。活性化を通じて、実際に経路を向上させたり、既存の能力を強化したり、新しい機能を達成したりすることさえできます.物事をシャットダウンする代わりに、ゲノムにすでに存在する機能を利用して、有用であるとわかっている機能を強化できます。」
彼の新しい論文で、Qi と彼のチームは、CRISPR 3.0 システムをイネ、トマト、およびシロイヌナズナ (最も人気のあるモデル植物種で、一般にロッククレスとして知られています) で検証しました。チームは、開花を早めて繁殖プロセスをスピードアップするなど、多くの種類の遺伝子を同時に活性化できることを示しました。しかし、これはマルチプレックス アクティベーションの多くの利点の 1 つにすぎません、と Qi は言います。
「マルチプレックスアクティベーションのプロセスをより合理化することで、大きなブレークスルーをもたらすことができます。たとえば、この技術を使用して、気候変動や世界的な飢餓との戦いに役立つ遺伝子をゲノムからより効果的かつ効率的にスクリーニングできることを楽しみにしています。この新しいシステムを使用して遺伝子活性化を大規模に設計、調整、追跡して、重要な遺伝子をスクリーニングすることができます。これにより、植物の発見とトランスレーショナル サイエンスが非常に可能になります。」
CRISPRは通常、DNAを切断できる「分子のはさみ」と考えられているため、この活性化システムは、結合のみできる不活性化されたCRISPR-Cas9を使用します。切断する能力がなければ、システムは代わりに DNA の特定のセグメントに結合することにより、特定の目的の遺伝子の活性化タンパク質を動員することに集中できます。 Qi はまた、活性化の対象となる対象の範囲を大幅に広げる CRISPR-Cas9 の SpRY バリアントと、最近の CRISPR-Cas12b システムの非活性化された形式をテストして、CRISPR システム全体での汎用性を示しました。これは、ゲノム工学の仕組みを変える可能性のある多重活性化の拡大の大きな可能性を示しています。
「人々は、生まれ持った才能を育てて促進することができれば、個人がどのように可能性を秘めているかについて常に話します」とチーは言います. 「この技術は私にとって刺激的です。なぜなら、私たちは植物において同じことを推進しているからです。植物が本来の能力をさらに発揮できるように、植物の可能性を促進するにはどうすればよいでしょうか?それが遺伝子活性化の多重化によって可能になることであり、作物の育種と強化のための非常に多くの新しい機会を私たちに与えてくれます。」
参考文献:Changtian Pan、Xincheng Wu、Kasey Markel、Aimee A. Malzahn、Neil Kundagrami、Simon Sretenovic、Yingxiao Zhang、Yanhao Cheng、Patrick M. Shih、Yiping による「CRISPR–Act3.0 による植物における高効率の多重化遺伝子活性化のための」 Qi、2021 年 6 月 24 日、Nature Plants .
DOI:10.1038/s41477-021-00953-7
この作品は によって資金提供されています 全米科学財団 、アワード #1758745 および #2029889
