CRISPR opfattes ofte som en "molekylær saks", der bruges til præcisionsavl til at skære DNA, så et bestemt træk kan fjernes, erstattes eller redigeres, men Yiping Qi, assisterende professor i Plant Science & Landscape Architecture ved University of Maryland, ser langt ud over disse traditionelle applikationer i sin seneste publikation i Nature Plants. I denne omfattende gennemgang udforsker Qi og medforfattere i hans laboratorium den nuværende tilstand af CRISPR i afgrøder, og hvordan forskere kan bruge CRISPR til at forbedre traditionelle avlsteknikker på utraditionelle måder med det mål at sikre global fødevare- og ernæringssikkerhed og brødføde en voksende befolkning i lyset af klimaændringer, sygdomme og skadedyr.
Med dette nye papir fremhæver Qi de seneste resultater med at anvende CRISPR til afgrødeavl og måder, hvorpå disse værktøjer er blevet kombineret med andre avlsmetoder for at nå mål, som måske ikke har været mulige tidligere. Han sigter efter at give et indblik i, hvad CRISPR byder på for fremtiden, uden for rammerne af grundlæggende genredigering.
"Når folk tænker på CRISPR, tænker de på genomredigering, men faktisk er CRISPR virkelig et alsidigt system, der giver dig mulighed for at finde ud af en masse ting for at målrette, rekruttere eller fremme visse aspekter allerede i DNA," siger Qi. "Du kan regulere aktivering eller undertrykkelse af visse gener ved ikke at bruge CRISPR som et skærende værktøj, men i stedet som et bindende værktøj til at tiltrække aktivatorer eller undertrykkere for at inducere egenskaber."
Derudover diskuterer Qi udsigten til at rekruttere proteiner, der kan hjælpe med at visualisere DNA-sekvenser, og potentialet for at gruppere ønskværdige egenskaber sammen i genomet."Jeg kalder dette gen shuffling," siger Qi. "Dette er designet til at flytte meget vigtige egenskabsgener tæt på hinanden for fysisk og genetisk at forbinde dem, så de altid hænger sammen i traditionel krydsning, hvilket gør det meget nemmere at udvælge afgrøder med alle de egenskaber, du ønsker."
Dette er blot nogle af eksemplerne på fremtidige retninger, Qi håber at dyrke og henlede mere opmærksomhed på med dette papir. "Jeg håber, at denne anmeldelse [i Nature Plants] vil åbne øjnene for at vise, at der er meget at tilbyde af CRISPR, der går ud over den nuværende status for genomredigering, men også uden for blot redigering for at se, hvor hele feltet kan føre ned vejen."
Dette inkluderer processen med at tage CRISPR-applikationer til dyr og mennesker og anvende dem på afgrøder på måder, der ikke er blevet gjort før. For eksempel har CRISPR-teknologien allerede forbedret screeninger for gener og egenskaber i menneskers sundhed ved at bruge et bibliotek med titusindvis af guidemolekyler, der er skræddersyet til at målrette udvalgte gensæt på genom-skalaen. Dette system kan potentielt bruges i planter til at screene for egenskaber, der bidrager til sygdoms- og skadedyrsresistens, modstandsdygtighed og afgrødeudbytte. "Dette hjælper ikke kun med avl, men hjælper også med at kategorisere genfunktion meget lettere," siger Qi. "For det meste er disse undersøgelser blevet udført i menneskelige celler, og afgrøder h alter bagud. Jeg ser det som et fremtidigt aspekt af, hvor plantevidenskab kan udnytte nogle af disse forskellige applikationer, og mit laboratorium har allerede lavet noget af dette arbejde."
Qi's laboratorium har offentliggjort flere originale forskningsartikler i år, der fremhæver nogle af forskellene for CRISPR-applikationer i menneske- og planteceller. Tidligere i år i Molecular Plant offentliggjorde Qi, hans kandidatstuderende, praktikanter og samarbejdspartnere resultater, der testede målretningsomfanget og specificiteten af flere CRISPR Cas9-varianter. Qi's team forsøgte at bevise eller modbevise påstande fra mennesker om troskaben og specificiteten af disse værktøjer i ris."Ikke alle påstande om CRISPR-funktionalitet hos mennesker og dyr vil være sande eller anvendelige i planter, så vi kigger på, hvad der virker, og hvad vi kan gøre for at optimere disse værktøjer til afgrøder."
En anden nylig artikel i BMC Biology som en del af et forskningssamarbejde undersøgte temperatur som en metode til at forbedre effektiviteten af CRISPR Cas12a-genomredigering i ris, majs og Arabidopsis, som viste sig at have behov for højere temperaturer end omgivende temperaturer for at booste redigeringseffektivitet. "Menneskelige celler holdes altid ved højere temperatur, hvilket kan være optim alt for CRISPR at fungere, men er ret varmt for planter," siger Qi. "Vi er nødt til at undersøge, hvordan den temperatur spiller en rolle for CRISPR-applikationer i andre arter."
Qi udgav også den første bog nogensinde, der udelukkende var dedikeret til plantegenomredigering med CRISPR-systemer, og fremhævede banebrydende metoder og protokoller til at arbejde med CRISPR i en række forskellige afgrøder.
"Denne bog samler virkelig specifikke anvendelser for mange forskellige plantesystemer, såsom ris, majs, sojabønner, tomater, kartofler, salat, gulerødder - you name it - så folk, der arbejder i deres egen plante, er af interesse kan finde nogle kapitler ret relevante. Den er designet som en protokolbog til brug i laboratoriet, så enhver, der er ny på området, skal være i stand til at finde ud af, hvordan man arbejder med CRISPR i deres særlige anlæg." Qi blev kontaktet af udgiveren i Storbritannien, Humana Press, for at producere og redigere bogen. Den blev udgivet tidligere i år som en del af Methods in Molecular Biology-bogserien, en fremtrædende og respekteret serie på området.
"Sådan fodrer man verden hen ad vejen - det er det, der motiverer mig hver dag til at komme på arbejde," siger Qi. "Vi vil have 10 milliarder mennesker i 2050, og hvordan kan vi opretholde afgrødeforbedring for at brødføde flere mennesker bæredygtigt med klimaændringer og mindre jord? Jeg synes virkelig, at teknologien bør spille en stor rolle i det."
