Genetiskt utbyte av faderns och moderns egenskaper sker normalt längs hela kromosomens längd. Genom inversion av större delen av kromosomen (gul) med CRISPR/Cas molekylär sax, kan detta utbyte nu begränsas till de yttersta ändarna (violetta och blå). Kredit:Michelle Rönspies, KIT
Den idealiska växten är välsmakande och högavkastande samtidigt som den är resistent mot sjukdomar och skadedjur. Men om de relevanta generna är långt ifrån varandra på en kromosom kan vissa av dessa positiva egenskaper gå förlorade under avel. För att säkerställa att positiva egenskaper kan föras vidare tillsammans har forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) använt CRISPR/Cas molekylära saxar för att invertera och därmed genetiskt inaktivera nio tiondelar av en kromosom. De egenskaper som kodas för på denna del av kromosomen blir "osynliga" för genetiskt utbyte och kan därmed föras vidare oförändrat. Forskarna har rapporterat om sina fynd i Naturväxter .
Riktad redigering, infogning eller undertryckande av gener i växter är möjlig med CRISPR/Cas molekylära saxar. (CRISPR står för Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.) Denna metod kan användas för att göra växter mer motståndskraftiga mot skadedjur, sjukdomar eller miljöpåverkan. "Under de senaste åren har vi för första gången kunnat använda CRISPR/Cas inte bara för att redigera gener utan också för att ändra strukturen på kromosomerna", säger professor Holger Puchta, som i 30 år har forskat om tillämpningar för gensax med sin team vid KIT:s botaniska institut. "Generna är linjärt arrangerade längs kromosomerna. Genom att ändra deras sekvens kunde vi visa hur önskade egenskaper hos växter kan separeras från oönskade."
Nu har forskarna kunnat förhindra det genetiska utbytet som normalt är en del av den ärftliga processen men som kan bryta kopplingarna mellan egenskaper. "Vi kan stänga av en kromosom nästan helt, så att den verkar osynlig, så att alla egenskaper på den kromosomen kan föras vidare i en förpackning", säger Puchta. Fram till nu, om en växts egenskaper skulle föras vidare tillsammans, behövde generna för dessa egenskaper ligga nära varandra på samma kromosom. Om sådana gener sprids längre ifrån varandra på en kromosom separeras de vanligtvis under nedärvning, så en fördelaktig egenskap kan gå förlorad under avelsprocessen.
Lärande av naturen:Kromosomteknik förhindrar genetiskt utbyte
I sin forskning följde forskarna naturens exempel. "These reversals, or inversions—a kind of genetic invisibility—also occur frequently on a smaller scale in wild and cultivated plants. We've learned from nature and have applied and extended our knowledge about the natural process," says Puchta.
In collaboration with Professor Andreas Houben from the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), Puchta and his team inverted nine-tenths of a chromosome in the model organism Arabidopsis thaliana (thale cress). Only at the ends of the chromosome did the genes retain their original sequence. "With these fragments, the chromosome can be passed on to the next generation just like the other chromosomes and is not completely lost," says Puchta.
To breed crops efficiently, it is important to combine as many favorable traits as possible in one plant. "Of course plant breeders want their products to taste good, have as many vitamins as possible and also be resistant to disease. With our method, we can make that easier in the future," says Puchta. + Utforska vidare
