Lo scambio genetico delle caratteristiche paterne e materne avviene normalmente lungo l'intera lunghezza di un cromosoma. Attraverso l'inversione della maggior parte del cromosoma (giallo) con le forbici molecolari CRISPR/Cas, questo scambio può ora essere limitato alle estremità estreme (viola e blu). Credito:Michelle Rönspies, KIT
La pianta da raccolto ideale è gustosa e ad alto rendimento, ma è anche resistente a malattie e parassiti. Ma se i geni rilevanti sono molto distanti su un cromosoma, alcuni di questi tratti positivi possono essere persi durante la riproduzione. Per garantire che i tratti positivi possano essere trasmessi insieme, i ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno utilizzato le forbici molecolari CRISPR/Cas per invertire e quindi disattivare geneticamente i nove decimi di un cromosoma. I tratti codificati per questa parte del cromosoma diventano "invisibili" per lo scambio genetico e possono quindi essere trasmessi invariati. I ricercatori hanno riportato le loro scoperte in Nature Plants .
La modifica mirata, l'inserimento o la soppressione dei geni nelle piante è possibile con le forbici molecolari CRISPR/Cas. (CRISPR sta per Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.) Questo metodo può essere utilizzato per rendere le piante più resistenti a parassiti, malattie o influenze ambientali. "Negli ultimi anni, siamo stati in grado per la prima volta di utilizzare CRISPR/Cas non solo per modificare i geni ma anche per cambiare la struttura dei cromosomi", afferma il professor Holger Puchta, che da 30 anni ricerca applicazioni per le forbici genetiche con il suo team presso l'Istituto Botanico di KIT. "I geni sono disposti linearmente lungo i cromosomi. Modificando la loro sequenza, siamo stati in grado di mostrare come i tratti desiderati nelle piante possono essere separati da quelli indesiderati".
Ora i ricercatori sono stati in grado di prevenire lo scambio genetico che normalmente fa parte del processo ereditario ma può spezzare i legami tra i tratti. "Possiamo spegnere un cromosoma quasi completamente, facendolo sembrare invisibile, in modo che tutti i tratti di quel cromosoma possano essere trasmessi in un pacchetto", afferma Puchta. Finora, se i tratti di una pianta dovevano essere trasmessi insieme, i geni per quei tratti dovevano essere vicini l'uno all'altro sullo stesso cromosoma. Se tali geni sono distanziati su un cromosoma, di solito vengono separati durante l'ereditarietà, quindi un tratto benefico può essere perso durante il processo di riproduzione.
Imparare dalla natura:l'ingegneria cromosomica impedisce lo scambio genetico
Nella loro ricerca, gli scienziati hanno seguito l'esempio della natura. "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. + Esplora ulteriormente
