دانشمندان سیستم جدیدی را برای تقویت ویرایش اولیه در گیاهان دو لپه ای توسعه دادند

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک سیستم ویرایش ژن جدید می‌تواند تغییرات ژنتیکی دقیق را در محصولاتی مانند گوجه‌فرنگی، سویا و کلزا برای محققان آسان‌تر کند. SmartPE که توسط محققان چینی توسعه داده شده است، کارایی ویرایش اولیه را در چندین گیاه دو لپه ای بهبود می بخشد و محدودیت عمده این تکنیک را برطرف می کند.

سیستم جدید عدم تطابق را در قالب‌های رونویسی معکوس (RTTs) دو RNA راهنمای ویرایش اصلی (pegRNA) معرفی می‌کند، که این استراتژی را با یک عنصر تنظیم‌کننده سیس و یک رونوشت معکوس مهندسی شده ترکیب می‌کند.

این مطالعه به سرپرستی پروفسور گائو کایکسیا از موسسه ژنتیک و زیست شناسی رشدی (IGDB) آکادمی علوم چین (CAS) در 28 اکتبر در Nature Plants منتشر شد.

ویرایش اولیه می‌تواند جایگزین‌های پایه و درج‌ها یا حذف‌های کوچک را بدون وقفه‌های دو رشته‌ای یا الگوی اهداکننده، با رویدادها و محصولات جانبی نسبتا خارج از هدف نصب کند. با این حال، در گیاهان دو لپه ای، کارایی آن کم است و در بین سایت های هدف بسیار متفاوت است.

در این مطالعه، محققان ابتدا عناصر تنظیم‌کننده سیس را بین پروموتر و دنباله کدگذاری Cas9 قرار دادند تا بیان ویرایشگر را افزایش دهند. عنصر START بهترین عملکرد را داشت، سطح رونوشت را 2.1 برابر و بازده ویرایش را در چهار هدف Arabidopsis حدود 1.8 برابر افزایش داد.

با تکیه بر این بهبود، تیم یک استراتژی pegRNA دوگانه را آزمایش کرد، اما کارایی ویرایش بهبود نیافت. محققان استدلال کردند که جفت شدن مکمل بین RTT و DNA ژنومی ممکن است مانع رونویسی معکوس شود و تعمیر عدم تطابق (MMR) ویرایش اولیه را سرکوب می کند.

بنابراین، آنها بازهای ناهماهنگ مکمل را در RTTهای هر دو pegRNA معرفی کردند. این اصلاح، میانگین فعالیت ویرایش در چهار هدف را بیش از شش برابر افزایش داد و به حدود 10 درصد رسید. سیستم حاصل SmartPE نام گرفت.

این تیم بیشتر بررسی کرد که چگونه ناهماهنگی ها باید ترتیب داده شوند. عدم تطابق مداوم یا آنهایی که با فاصله 3 جفت باز از هم فاصله دارند، بالاترین راندمان ویرایش (تا 20 درصد) را به همراه داشت، در حالی که فواصل 6 جفت باز یا بیشتر، کارایی را به شدت کاهش داد. این الگو با الگوی مشاهده شده در سیستم های تک pegRNA متفاوت بود.

عدم تطابق در هر دو انتهای پنجره ویرایش کارایی را بهبود بخشید، در حالی که آنهایی که در وسط بودند این کار را نکردند، که نشان می‌دهد قرارگیری عدم تطابق ممکن است بر شروع رونویسی معکوس تأثیر بگذارد.

در سلول‌های U2OS و HeLa، پروتئین SB بازدارنده MMR ویرایش تک pegRNA را افزایش داد، اما SmartPE را بهبود بخشید. این نتایج نشان می‌دهد که این دو استراتژی بر مسیرهای تعمیر متفاوتی تکیه می‌کنند، اگرچه مکانیسم مولکولی زیربنایی همچنان باید بیشتر توضیح داده شود.

در پروتوپلاست ها، شش هدف از نه هدف گوجه فرنگی از 10 درصد راندمان، نه هدف از 11 دانه سویا بیش از 5 درصد و پنج هدف کلزا به حدود 10 درصد رسیدند یا از آن فراتر رفتند. ویرایش اولیه معمولی در برخی از این اهداف تقریبا غیرفعال بود.

این تیم با استفاده از جایگزین‌های مترادف برای ایجاد عدم تطابق RTT، جایگزین‌های اسید آمینه منفرد را در اهداف سویا و گوجه‌فرنگی با بازدهی 1.6 تا 11.1 برابر تولید کردند.

در آزمایش‌های تبدیل پایدار، SmartPE ویرایش‌های هموزیگوت (7.3٪) و هتروزیگوت (12.5٪) در جایگاه SlOR2 در ریشه‌های مودار گوجه‌فرنگی، در مقابل ویرایش‌های هتروزیگوت (1.0٪) و واهی با ویرایش اولیه استاندارد تولید کرد. در آرابیدوپسیس و گوجه‌فرنگی، تگ FLAG، تقویت‌کننده و درج مکان نوترکیبی بدون درز تا 32 درصد (17 درصد ویرایش مشترک در دو هدف) به دست آورد. در سویا، تنها واهی تا کنون به دست آمده است که نشان دهنده نیاز به تحقیقات بیشتر است.

به طور کلی، SmartPE کارایی ویرایش اولیه را در چندین گیاه دو لپه ای، از جمله Arabidopsis، گوجه فرنگی، سویا و کلزا بهبود می بخشد. اصول طراحی تجربی در مورد چگالی و توزیع عدم تطابق یک چارچوب عملی برای استفاده از ویرایشگرهای اصلی در محصولات دو لپه ای ارائه می کند.

Yijing Liu و همکاران، SmartPE ویرایش اولیه کارآمد را در گیاهان دو لپه ای، گیاهان طبیعی (2026) امکان پذیر می کند. DOI: 10.1038/s41477-026-02447-w

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →