En una primicia mundial, los científicos japoneses han utilizado la revolucionaria herramienta CRISPR, o CRISPR / Cas9, de edición del genoma para cambiar el color de las flores en una planta ornamental. Investigadores de la Universidad de Tsukuba, la Organización Nacional de Investigación Agrícola y Alimentaria NARO y la Universidad de la ciudad de Yokohama, Japón, alteraron el color de las flores de la planta de jardín tradicional japonesa, la gloria de la mañana japonesa Ipomoea nulo o Pharbitis nulo , de violeta a blanco, al alterar un solo gen.Esta investigación destaca el enorme potencial del sistema CRISPR / Cas9 para el estudio y la manipulación de genes en plantas hortícolas.
Gloria de la mañana japonesa, o Asagao, fue elegida para este estudio, ya que es una de las dos plantas modelo hortícolas tradicionales en el Proyecto Nacional de Recursos Biológicos en Japón NBRP. Ya se han realizado extensos estudios genéticos de esta planta, su genoma secuenciado yMétodos de transferencia de ADN establecidos. Además, dado que la preocupación pública con las tecnologías genéticas como CRISPR / Cas9 es actualmente un problema social en Japón, los estudios que usan esta planta popular y ampliamente cultivada pueden ayudar a educar al público sobre este tema.
El equipo de investigación apuntó a un solo gen, dihidroflavonol-4-reductasa-B DFR-B, que codifica una enzima de biosíntesis de antocianinas, que es responsable del color de los tallos, hojas y flores de la planta. Otros dos, muy relacionadosgenes DFR-A y DRF-C se sientan uno al lado del otro, al lado de DFR-B. Por lo tanto, el desafío era apuntar específicamente y con precisión al gen DFR-B sin alterar los otros genes. El sistema CRISPR / Cas9 fueutilizado ya que actualmente es el método más preciso de edición de genes.
El sistema CRISPR Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente entrelazadas / Cas9 se basa en un mecanismo de defensa bacteriano. Está compuesto por dos moléculas que alteran la secuencia de ADN. Cas9, una enzima, corta las dos cadenas de ADN en una ubicación precisapara que el ADN pueda ser agregado o eliminado. Cas9 es guiado a la ubicación correcta por ARNg, o ARN guía, un pequeño pedazo de ARN que ha sido diseñado para ser complementario a la secuencia de ADN objetivo. Cas9 corta las dos cadenas de ADN en elubicación de destino, lo que permite eliminar y / o agregar ADN.
Según lo informado el 30 de agosto de 2017 en Informes científicos , se seleccionó una secuencia de ADN corta en el gen japonés DFR-B de la gloria de la mañana como el objetivo para el sistema CRISPR / Cas9. Esta secuencia contiene el sitio activo de la enzima producida por el gen DFR-B. La interrupción de esta secuencia deberíapor lo tanto, desactiva la enzima, lo que resulta en una ausencia del pigmento de color, antocianina. El sistema CRISPR / Cas9 se insertó en embriones cultivados en tejidos de plantas japonesas de la gloria de la mañana utilizando las capacidades de transferencia de ADN de la bacteria de la planta Rhizobium . Como se esperaba, la enzima DFR-B se inactivó con éxito, dando como resultado aproximadamente el 75% de las plantas transgénicas con tallos verdes y flores blancas. Las plantas no transformadas con una enzima activa tenían tallos y flores violetas. Estos cambios en el color del tallose observaron muy temprano en el proceso de cultivo de tejidos.Una serie de análisis genéticos confirmaron que la secuencia diana de ADN había sido alterada en las plantas transgénicas, con inserciones o deleciones de ADN en ambas copias del gen DFR-B los llamados bi-mutantes alélicos. Se examinaron los otros genes relacionados, DFR-A y DFR-C, y no se encontraron mutaciones, lo que confirma la alta especificidad del sistema CRISPR / Cas9.
A continuación, los investigadores examinaron la herencia de las mutaciones inducidas por CRISPR / Cas9 analizando plantas de la próxima generación. Estas plantas se veían exactamente como sus padres. Entre estas plantas había algunas sin ningún signo del ADN introducido. Esto plantea algunas interesantespreguntas en términos de la regulación de organismos genéticamente modificados OGM, ya que estas plantas de próxima generación se consideran transgénicas, basadas en definiciones basadas en procesos cómo se hicieron, y no transgénicas, basadas en definiciones basadas en productos elpresencia de ADN extraño en el producto final.
Esta tecnología también es extremadamente útil para confirmar la función de los genes. Los experimentos en las décadas de 1930 y 1990 utilizaron técnicas de detección genética 'avanzadas' para encontrar los genes responsables de la producción de color de flores en la gloria de la mañana japonesa. El sistema CRISPR / Cas9 descrito aquíes el enfoque genético 'inverso', utilizado para descubrir cómo se ve un organismo después de que un gen conocido es interrumpido, y confirma que el gen DFR-B es el gen principal responsable del color en las plantas japonesas de gloria de la mañana.
Actualmente, la tecnología CRISPR / Cas9 no es 100% eficiente, es decir, no todas las plantas objetivo serán transgénicas. La tasa de mutación en este estudio, 75%, sin embargo, fue relativamente alta. Esta es una de las razones por las que esta investigaciónFacilite enormemente a aquellos interesados en la modificación de los colores y formas de las flores utilizando el sistema CRISPR / Cas9 en flores ornamentales o vegetales.
La historia de la gloria de la mañana japonesa comenzó en el siglo VIII dC, con la introducción de plantas silvestres de flores azules en Japón desde China. En 1631, la primera gloria de la mañana japonesa de flores blancas fue pintada en Japón. Lo que llevó a la naturaleza casiSe han necesitado 850 años para lograr menos de uno con el sistema CRISPR / Cas9, lo que indica tanto su potencia como su potencial.
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Materiales proporcionado por Universidad de Tsukuba . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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