Inżynieria genetyczna na rzecz produkcji "super" roślin
Finansowany ze środków UE projekt "Recombination: An old and new tool for plant breeding" (RECBREED) zainicjowano w celu stworzenia "superroślin". Konsorcjum RECBREED przystąpiło do optymalizacji hodowli roślin, opracowując lepszy zestaw narzędzi do produkcji roślin o pożądanych cechach, pozbawionych cech niepożądanych. Przyjrzano się różnym technikom rekombinacji homologicznej (HR), które umożliwiają wymianę materiału genetycznego w celu naprawy DNA, reprodukcji (często zwanej mejozą) oraz sztucznego przenoszenia genu między gatunkami lub odmianami. Wśród technik tych znalazły się celowanie genowe (GT), rekombinacja mejotyczna i indukowanie uszkodzenia obu nici DNA (DSB) z użyciem sztucznych nukleaz. Zespół RECBREED miał kilka ważnych osiągnięć w zakresie celnej inżynierii genomów roślin. Każdy etap HR dogłębnie przeanalizowano, charakteryzując ważne geny i objaśniając ich funkcję przy użyciu wybranych roślin uprawnych, takich jak pomidor, kukurydza i rzodkiewnik. Zidentyfikowano odpowiednie markery molekularne, stosując analizy bioinformatyczne, i użyto ich do testów i walidacji. Naukowcy z powodzeniem przeprowadzili mutagenezę indukowaną DSB oraz GT na modelach roślinnych rzodkiewnika i pomidora, wykorzystując nukleazy z palcem cynkowym i nukleazy efektora TAL (transcription activator-like). Przy żadnej z metod nie zaobserwowano ani toksycznych, ani innych negatywnych skutków dla wzrostu rośliny. Powstała innowacyjna metoda GT zwana in planta, która oddziela etapy transformacji i GT, a jej skuteczność zademonstrowano na przykładzie kukurydzy i rzodkiewnika. Innym ważnym osiągnięciem był 10-krotny wzrost precyzyjnego tempa GT osiągnięty przez poprawę częstotliwości GT w wyniku nadmiernej ekspresji białka AtRAD52-1A. Szczególny nacisk położono na zrozumienie i modulację czynników wpływających na rekombinację mejotyczną. Kluczowe parametry, takie jak białka z rodziny paralogów Rad51, stany metylacji DNA, struktura chromatyny i rekombinazy (Rad51 and Dmc1), zostały z powodzeniem zidentyfikowane. Dowiedziono, że konwencjonalne techniki rolne są nieadekwatne, gdy chodzi o zaspokojenie szybko rosnącego zapotrzebowania na żywność i paszę dla zwierząt. Zastosowanie technologii GT może natomiast okazać się dobrym sposobem na produkcję przemysłową wyższych gatunkowo, wysokowydajnych i wysokoodżywczych roślin. Oznacza to poważne następstwa społeczno-ekonomiczne dla europejskiego sektora rolnego, którego obecny udział w rynku wynosi blisko 4000 mln euro z samej sprzedaży nasion. Połączenie rolnictwa z biotechnologią posłuży do dalszego umacniania pozycji UE na arenie międzynarodowej.
Słowa kluczowe
Hodowla roślin, rekombinacja homologiczna, celowanie genowe, uszkodzenie obu nici DNA, nukleaza z palcem cynkowym, biotechnologia
