doi.org/10.1126/sciadv.adm7452
Credibilidade: 989
#CRISPR
Uma equipe do Innovative Genomics Institute da Universidade da Califórnia, Berkeley (UCB) produziu um aumento na expressão genética numa cultura alimentar, alterando o seu DNA regulador a montante. Embora outros estudos tenham usado a edição genética CRISPR/Cas9 para eliminar ou diminuir a expressão de genes, uma nova pesquisa publicada na Science Advances é a primeira abordagem imparcial de edição genética para aumentar a expressão genética e a atividade fotossintética a jusante.
“Ferramentas como CRISPR/Cas9 estão acelerando nossa capacidade de ajustar a expressão genética nas culturas, em vez de apenas eliminar genes ou desligá-los”.
Pesquisas anteriores mostraram que esta ferramenta pode ser usada para diminuir a expressão de genes envolvidos em compromissos importantes, como aqueles entre a arquitetura da planta e o tamanho do fruto”, disse Dhruv Patel-Tupper, autor principal do estudo e ex-pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Niyogi na UCB.
“Este é o primeiro estudo, até onde sabemos, onde perguntamos se podemos usar a mesma abordagem para aumentar a expressão de um gene e melhorar a atividade a jusante de uma forma imparcial”.
Ao contrário das estratégias da biologia sintética que utilizam genes de outros organismos para melhorar a fotossíntese, os genes envolvidos no processo de fotoproteção são encontrados naturalmente em todas as plantas.
Inspirado por um artigo da Nature Communications de 2018 que melhorou a eficiência do uso de água de uma cultura modelo ao superexpressar um desses genes, PsbS, em plantas, o laboratório Niyogi e seu líder Kris Niyogi queriam descobrir como mudar a expressão de genes nativos de uma planta sem adicionar DNA estranho.
De acordo com a Organização para a Alimentação e Agricultura, o arroz fornece pelo menos 20% das calorias mundiais e, como possui apenas uma cópia de cada um dos três principais genes de fotoproteção nas plantas, era um sistema modelo ideal para este estudo de edição genética.
O laboratório Niyogi realizou este trabalho como parte do Realizing Aumente a Eficiência Fotossintética (RIPE), um projeto de pesquisa internacional liderado pela Universidade de Illinois que visa aumentar a produção global de alimentos através do desenvolvimento de culturas alimentares que transformam a energia do sol em alimentos de forma mais eficiente, com o apoio de a Fundação Bill e Melinda Gates, a Fundação para Pesquisa Alimentar e Agrícola e o Escritório de Relações Exteriores, Commonwealth e Desenvolvimento do Reino Unido.
O plano do laboratório era usar CRISPR/Cas9 para alterar o DNA a montante do gene alvo, que controla quanto do gene é expresso e quando.
Eles se perguntaram se essas mudanças teriam impacto na atividade downstream e em que medida.
Até eles ficaram surpresos com os resultados.
“As mudanças no DNA que aumentaram a expressão genética foram muito maiores do que esperávamos e maiores do que realmente vimos relatadas em outras histórias semelhantes”, disse Patel-Tupper, agora bolsista de política científica e tecnológica da AAAS no USDA.
“Ficamos um pouco surpresos, mas acho que isso mostra quanta plasticidade as plantas e as culturas têm.
Eles estão acostumados com essas grandes mudanças em seu DNA, decorrentes de milhões de anos de evolução e milhares de anos de domesticação.
Como biólogos vegetais , podemos aproveitar essa ‘margem de manobra’ para fazer grandes mudanças em apenas alguns anos para ajudar as plantas a crescerem de forma mais eficiente ou a se adaptarem às mudanças climáticas.” Neste estudo, os investigadores do RIPE aprenderam que as inversões, ou “inversões? do DNA regulador, resultaram no aumento da expressão genética de PsbS.
Exclusivo neste projeto, após a maior inversão ter sido feita no DNA, os membros da equipe conduziram um experimento de sequenciamento de RNA para comparar como a atividade de todos os genes no genoma do arroz mudou com e sem suas modificações.
O que encontraram foi um número muito pequeno de genes expressos diferencialmente, muito menor do que estudos semelhantes de transcriptoma, sugerindo que a sua abordagem não comprometeu a atividade de outros processos essenciais.
Patel-Tupper acrescentou que embora a equipe tenha mostrado que esse método é possível, ainda é relativamente raro.
Cerca de 1% das plantas geradas tinham o fenótipo desejado.
“Mostramos aqui uma prova de conceito de que podemos usar CRISPR/Cas9 para gerar variantes em genes-chave de culturas e obter os mesmos saltos que obteríamos nas abordagens tradicionais de melhoramento de plantas, mas em uma característica muito focada que queremos projetar.
e em uma escala de tempo muito mais rápida”, disse Patel-Tupper.
“É definitivamente mais difícil do que usar uma abordagem de plantas transgênicas, mas ao mudar algo que já existe, poderemos ser capazes de antecipar questões regulatórias que podem retardar a rapidez com que colocamos ferramentas como esta nas mãos dos agricultores”.
Publicado em 13/06/2024 01h44
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