Postęp biologiczny MRiRW

Edycja genomu polega na dokonaniu ukierunkowanej mutagenezy w sposób zaplanowany i precyzyjny. Najszybciej rozwijane są metody bazujące na systemie CRISPR/Cas, wykorzystujące nukleazy Cas kierowane do docelowych miejsc trawienia DNA przez naprowadzające RNA (gRNA/crRNA w zależności od wariantu Cas), co skutkuje zwykle mutacjami prowadzącymi do zmiany sekwencji aminokwasowej lub ekspresji, w tym wyłączenia genów (knockout). Metody te rewolucjonizują postęp w badaniach biologicznych i są wdrażane do hodowli umożliwiając przyspieszone uzyskiwanie odmian o nowych cechach, a pierwsze takie odmiany są już dostępne komercyjnie. Zaplanowane badania w ramach niniejszego projekt mają na celu poszerzenie wiedzy i know-how potrzebnych do przeprowadzania edycji genów dwóch najważniejszych gatunków warzyw tj. kapusty głowiastej i marchwi. Obejmują one wszystkie niezbędne etapy, tj. określenie zmienności genetycznej materiałów wyjściowych z zastosowaniem wysokowydajnego sekwencjonowania i w oparciu o metaanalizę sekwencji z baz danych poznanie polimorfizmu, struktury, liczby i homologii wybranych genów, potencjalnie związanych z biologią kwitnienia i jakością plonu. Poznane zostaną wymagania i ograniczenia stosowania różnych narzędzi do edycji wykorzystujących białka Cas oraz ich dostarczania do komórek, preferując metody tworzenia i wprowadzania kompleksów RNA:Cas, tj. bez wykorzystania wektorów rDNA. Wytypowane zostaną obiekty obu gatunków podatne do rozwoju i regeneracji w kulturach in vitro w celu uzyskania roślin po edycji wytypowanych genów i o zmienionym fenotypie. Zaplanowane jest także poznanie w całym genomie zmian genetycznych po edycji, zarówno tych planowanych jak i nieplanowanych (off-target). Zweryfikowana zostanie także rola genów kandydujących w determinowaniu wybranych cech. Rezultaty projektu pozwolą w przyszłości podjąć badania nad wdrożeniem metod edycji genomu do modyfikacji cech trudnych do osiągnięcia metodami konwencjonalnymi.

Celem planowanych badań jest poznanie możliwości i skutków ukierunkowanej mutagenezy, z wykorzystaniem systemów opartych o nukleazy Cas, 4 cech spośród 7 wstępnie wytypowanych i istotnych dla hodowli u ważnych gospodarczo warzyw dwuletnich, kapusty głowiastej (samoniezgodność, występowanie przebarwień antocyjanowych, występowanie rafinozy) i marchwi (pośpiechowatość, kształt korzenia, występowanie poliacetylenów, występowanie białek alergennych). Priorytetowymi cechami będą te związane z biologią kwitnienia, tj. samoniezgodność i pośpiechowatość. Dopuszcza się też wybór cech alternatywnych poza wymienionymi w przypadku przeciwwskazań określonych na podstawie wyników analiz NGS i oceny fenotypów. 

Osiągnięcie celu projektu będzie się wiązało z realizacją celów pośrednich odnoszących się do w/w gatunków:
1.    określenie zmienności genetycznej materiałów wyjściowych do hodowli pod względem wybranych cech i wskazanie potencjalnych miejsc do edycji;
2.    zaprojektowanie i zweryfikowanie efektywności narzędzi wykorzystujących nukleazy Cas do ukierunkowanej mutagenezy w układzie modelowym;
3.    ocena podatności materiałów wyjściowych do hodowli o różnym pochodzeniu do rozwoju i uzyskania roślin w kulturach in vitro jako warunek wykorzystania narzędzi do edycji genomu;
4.    ocena skuteczności edycji genomów oraz analiza molekularna spodziewanych zmian genetycznych, a także ocena występowania zmian niezaplanowanych (off-target).