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Mejores ediciones de plantas al mejorar la reparación del ADN


Un nuevo sistema de edición del genoma mejora la eficiencia de una vía de reparación de ADN libre de errores, lo que podría ayudar a mejorar los rasgos agronómicos en múltiples cultivos.


por la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología


La edición del genoma implica cortar el ADN en ubicaciones muy específicas y utilizar las vías de reparación natural de las células para modificar los genes. Las células vegetales contienen dos vías de reparación: unión final no homóloga (NHEJ) y reparación dirigida por homología (HDR).

«En las plantas , NHEJ es la vía de reparación dominante en la mayoría de las etapas celulares», dice el postdoc KAUST Khalid Sedeek. «Pero es propenso a errores. Para modificaciones genéticas precisas, necesitamos más control que el proporcionado por NHEJ. HDR está libre de errores pero es ineficiente en las plantas. Diseñamos un sistema de edición del genoma para mejorar la eficiencia de HDR».

El sistema usa Cas9 como su tijera de ADN. Cas9 se fusiona con VirD2, una proteína que proviene de Agrobacterium tumefaciens , una bacteria del suelo que causa enfermedades en las plantas al insertar parte de su propio ADN en el genoma de la planta. VirD2 conduce el ADN bacteriano al núcleo de la planta.

«Pensamos que podríamos usar VirD2 para unir una amplia gama de plantillas de reparación para mejorar la tasa de HDR en las plantas al acercar la plantilla a la ruptura del ADN», dice el científico de investigación de KAUST, Zahir Ali.

Mejores ediciones de plantas al mejorar la reparación del ADN
La ingeniería precisa de las plantas se puede lograr mediante la unión de la proteína VirD2 y la endonucleasa Cas9. Crédito: Reproducido con permiso bajo Creative Commons License CC BY de la referencia 1, 2020, Springer Nature

Una guía de ARN dirige Cas9 a una ubicación específica en el genoma de la planta que está destinada a la edición. Cas9 corta la cadena de ADN y luego VirD2 mantiene la plantilla de reparación cerca del corte: la vía de reparación HDR natural de la célula la utiliza para realizar la reparación con las modificaciones genéticas correspondientes codificadas en la plantilla.

«Nuestros datos mostraron que la unión de la plantilla de reparación al sistema Cas9-VirD2 mejoró la tasa de HDR hasta 5.5 veces en las células vegetales en comparación con Cas9 solo», dice Ali.

El equipo probó su sistema en celdas de arroz para demostrar que las ediciones eran precisas y heredables. Modificó con éxito el gen que codifica la enzima acetolactato sintasa, un cambio que puede ayudar a los cultivos de arroz a sobrevivir cuando se rocían herbicidas para matar las malezas circundantes.

El sistema también podría unir con éxito una etiqueta de proteína al gen de la histona desacetilasa en el arroz, que codifica una enzima involucrada en el desarrollo de la planta y la reacción al estrés.

Finalmente, el sistema también editó con éxito el gen que codifica la escisión de la enzima carotenoide dioxigenasa 7. La edición precisa de este gen da como resultado plantas de arroz enanas con muchas ramas con granos.

«Nuestras pruebas validaron el uso de este sistema para la ingeniería precisa del genoma en plantas con el propósito de mejorar el cultivo», dice Magdy Mahfouz, genetista molecular de KAUST, quien dirigió el estudio. «Esperamos que nuestro sistema Cas9-VirD2 pueda adoptarse en la mayoría de las especies animales y vegetales».

Los investigadores están probando su sistema para ediciones simultáneas en varios genes y para ediciones múltiples en un solo gen. También lo están probando para mejorar varios rasgos agronómicos en múltiples cultivos.


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