Chỉnh sửa gen cây đậu phụng bằng hệ thống CRISPRCas9

 Chỉnh sửa gen cây đậu phụng bằng hệ thống CRISPRCas9

Anjanasree K Neelakandan, Binita Subedi, Sy M Traore, Papias Binagwa, David A Wright, Guohao He. 2022. Base Editing in Peanut Using CRISPR/nCas9. Front Genome Ed.; 2022 May 12;4: 901444

Đậu phụng (Arachis hypogaea L.), một loài cây họ Đậu có tính chất dị tứ bội thể (allotetraploid) họ  Fabaceae. Đậu phụng có thể thích nghi vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, được xem như cây cho dầu thực vật triển vọng trên toàn thế giới. Gia tăng hàm lượng oleic acid trở thành một trong những mục đích lớn của chương trình cải tiến giống đậu phụng bởi vì lợi ích cho sức khỏe nhân loại, làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu, có tính chất antioxidant và có lợi cho công nghiệp như tính chất để sản phẩm được lâu hơn. Genomic sequencing hệ gen cây đậu phụng cho thấy chứng cứ của gen đồng dạng AhFAD2A và AhFAD2B mã hóa Fatty Acid Desaturase2 (FAD2), chúng có chức năng xúc tác sự chuyển hóa monounsaturated oleic acid thành polyunsaturated linoleic acid. Những nghiên cứu minh chứng rằng các đột biến khung hoặc đột biến stop codon trong gen FAD2 dẫn đến kết quả hàm lượng oleic acid cao hơn trong dầu phọng. Theo kết quả này, hai vectors biểu hiện, pDW3873 và pDW3876, được người ta thiết kế, sử dụng Cas9 dung hợp đến những deaminases khác nhau, mà chúng được xét nghiệm  nhưng công cụ làm kích hoạt ra những đột biến điểm trong promoter và trong trình tự mật mã di truyền (coding sequences) của gen AhFAD2. Cả hai thiết kế đều mang biến thể single nuclease null variant, nCas9 D10A, dung hợp với PmCDA1 cytosine deaminase để có C-terminal (pDW3873) trong khi rAPOBEC1 deaminase và uracil glycosylase inhibitor (UGI) được dung hợp để có N-terminal và C-terminal, theo thứ tự (pDW3876). Ba phân tử gRNAs được dòng hóa một cách độc lập trong cả hai thiết kế và tính chức năng cũng như tính hiệu quả được người ta thẩm định tại ba vị trí đích của gen AhFAD2. Cả hai thiết kế biểu hiện hoạt động base editing trong đó, cytosine được thay thế bằng thymine hoặc base khác trong editing window tại điểm đích. Thiết kế pDW3873 cho thấy hiệu quả cao hơn so với thiết kế pDW3876, như vậy, pDW3873 là base editor tốt hơn trong hệ gen cây đậu phụng. Đây là một giai đoạn quan trọng hướng tới du nhập vào hệ gen giống đậu phung ưu việt, những đột biến hiện hữu mà chúng có thể duy trì đến 15 năm, làm cho công cụ này trở nên thuận lợi đối với nhà chọn giống đậu phụng, nông dân, công nghiệp và cuối cùng là người tiêu dùng được sức khỏe.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35647579/

 

Hình 1: Vectors và những vị trí đích được sử dụng phục vụ base editing. 

 

(A). Thiết kế vectors với deaminase PmCDA-1 và APOBEC-1. 

(B). Các vị trí đích được chọn của hai gen đồng dạng FAD2A và FAD2B.