Новая платформа генной инженерии обещает революционизировать селекцию, позволяя комбинировать множество полезных признаков для создания улучшенных сортов сельскохозяйственных культур. Разработка группы под руководством Гао Цайся из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук объединяет нокаут генов, точное редактирование последовательности и хромосомную инженерию в единую систему, что открывает путь к быстрому получению сложных признаков у однодольных растений.
В основе платформы лежит система нокаута на основе двойного прайм-редактирования, названная TKO. Этот инструмент точно вставляет небольшой фрагмент, содержащий кластер стоп-кодонов, в целевое место гена, обеспечивая его предсказуемое нарушение. TKO избегает проблем, характерных для систем на основе Cas9, таких как вставки или делеции, кратные трем нуклеотидам, которые могут приводить к внутрирамочным мутациям.
Эффективность TKO была продемонстрирована в протопластах однодольных культур, включая рис, пшеницу и кукурузу. В регенерированных растениях риса средняя эффективность нокаута одного гена достигла впечатляющих 96,8%.
Для одновременного редактирования нескольких генов исследователи разработали 10 ортогональных систем TKO. Эта разработка позволяет эффективно нокаутировать до 10 генов одновременно, без снижения эффективности из-за накопления внутрирамочных мутаций, что часто происходит при мультиплексном редактировании с помощью Cas9.
На базе TKO были созданы две интегрированные платформы — TRIM1 и TRIM2, вместе формирующие единую систему TRIM. TRIM1 сочетает TKO с модификацией последовательности на основе прайм-редактирования, что позволяет одновременно нокаутировать гены, заменять основания, вставлять, удалять, дублировать и инвертировать их. В растениях риса T0 эта платформа обеспечила одновременный нокаут одного гена и гомозиготное точное редактирование трёх дополнительных целевых генов с эффективностью 22,8%.
TRIM2 включает гибридный белок из основного редактора и Cre-рекомбиназы, что позволяет осуществлять масштабные операции с ДНК, включая вставку, замену, удаление, инверсию в масштабах килобаз и даже хромосомную транслокацию посредством геномной инженерии с помощью рекомбиназы.
В отличие от существующих инструментов, которые выполняют лишь ограниченный набор модификаций, платформа TRIM объединяет нокаут генов, мелкомасштабное точное редактирование последовательности и крупномасштабную инженерию хромосом. Эта универсальность предоставляет мощный способ быстрого объединения множества благоприятных аллелей, значительно повышая точность селекции сложных признаков у однодольных культур, таких как рис, пшеница и кукуруза.
