Ridurre, rimuovere e modificare: un team di ricerca "taglia" i cromosomi del grano per ridimensionarli
Uno studio apre la strada a una riproduzione più rapida
Un gruppo di ricercatori dell'Istituto Leibniz di genetica vegetale e ricerca sulle piante coltivate (IPK) è riuscito per la prima volta a ridurre in modo specifico o addirittura a rimuovere completamente i cromosomi in piante con genomi di grandi dimensioni come il grano. Per farlo, i ricercatori hanno utilizzato le forbici del gene CRISPR/Cas per colpire sezioni ripetitive del DNA. I risultati dello studio, pubblicati oggi sulla rivista scientifica "Plant Communications", possono accelerare notevolmente i processi di riproduzione.
Mentre la manipolazione mirata di interi cromosomi è già consolidata in organismi modello come l'Arabidopsis thaliana, questa è stata un'enorme sfida nelle colture con genomi di grandi dimensioni, come il grano. Il team di ricerca dell'IPK ha voluto scoprire se i segmenti di DNA ripetuti frequentemente, il cosiddetto DNA satellite, sono adatti come punti di partenza per le forbici geniche CRISPR. L'idea alla base era che tagliando molte di queste sequenze identiche allo stesso tempo si potesse intervenire sull'intero cromosoma. Il team ha utilizzato un sistema basato su virus per trasferire i componenti CRISPR nelle piante. Con questo approccio, il team di ricerca ha aggirato i lunghi processi di trasformazione tradizionali e ha permesso modifiche cromosomiche altamente efficienti.
Il dottor Jianyong Chen, primo autore dello studio, spiega: "La nostra ricerca dimostra per la prima volta che i cromosomi possono essere efficientemente ridotti di dimensioni attraverso l'editing mirato del DNA satellite". Si tratta di un progresso significativo, poiché in precedenza tali modifiche avvenivano solo in modo casuale. Si può immaginare come una corda: Se la si taglia in più punti contemporaneamente, diventa instabile e si rompe. Questo è esattamente ciò che accade ai cromosomi quando vengono effettuati molti tagli nello stesso momento.
In alcuni casi, questo metodo ha persino portato alla perdita di interi cromosomi. "Se si verificano troppe rotture, la cellula non è più in grado di riparare il cromosoma e lo perde completamente", spiega il Prof. Dr. Andreas Houben, responsabile del gruppo di lavoro dell'IPK "Struttura dei cromosomi e funzione dei cromosomi".
Al contrario, i processi di riparazione difettosi possono anche portare alla formazione di nuove forme cromosomiche, i cosiddetti isocromosomi. "Molti tagli causano il riassemblaggio dei cromosomi. Questo può portare a strutture completamente nuove". Il metodo quindi non solo ha il potenziale di distruggere, ma può anche creare nuove varianti genetiche. Queste nuove varianti possono costituire la base per la selezione di nuove varietà di grano con nuove caratteristiche desiderate.
Lo studio dimostra che il materiale genetico delle piante può essere alterato in modo molto più mirato di quanto si pensasse in precedenza. L'aspetto particolarmente entusiasmante è che il DNA satellite - a lungo considerato solo come "zavorra genetica" - svolge un ruolo chiave e che queste aree sono eccellenti "punti di aggancio" per i moderni strumenti di riproduzione. Ciò rende possibile modificare in modo efficiente la struttura e il numero di cromosomi di colture con genomi enormi. Questo è il metodo chiave per trasferire in futuro i tratti desiderati dai parenti selvatici nel nostro grano moderno", affermano gli scienziati dell'IPK.
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