Illustration CRISPR. Crédit :Instituts nationaux de la santé
Le système d'activation de gènes multiplexés permet quatre à six fois la capacité d'activation de la technologie CRISPR actuelle, avec l'activation simultanée de jusqu'à sept gènes à la fois.
Dans une nouvelle recherche publiée dans Nature Plants , Yiping Qi, professeur agrégé de sciences végétales à l'Université du Maryland (UMD), présente un nouveau système CRISPR 3.0 amélioré dans les plantes, axé sur l'activation des gènes au lieu de l'édition traditionnelle des gènes. Ce système CRISPR de troisième génération se concentre sur l'activation multiplexée des gènes, ce qui signifie qu'il peut stimuler la fonction de plusieurs gènes simultanément.
Selon les chercheurs, ce système possède quatre à six fois la capacité d'activation de la technologie CRISPR de pointe actuelle, démontrant une précision et une efficacité élevées dans jusqu'à sept gènes à la fois. Alors que CRISPR est plus souvent connu pour ses capacités d'édition de gènes qui peuvent éliminer les gènes indésirables, l'activation des gènes pour gagner en fonctionnalité est essentielle pour créer de meilleures plantes et cultures pour l'avenir.
"Bien que mon laboratoire ait déjà produit des systèmes d'édition simultanée de gènes [édition multiplexée], l'édition consiste principalement à générer une perte de fonction pour améliorer la culture", explique Qi. "Mais si vous y réfléchissez, cette stratégie est finie, car il n'y a pas de gènes sans fin que vous pouvez désactiver et gagner encore quelque chose de précieux. Logiquement, c'est un moyen très limité de concevoir et de sélectionner de meilleurs traits, alors que la plante a peut-être déjà évolué pour avoir différentes voies, mécanismes de défense et traits qui ont juste besoin d'un coup de pouce. Grâce à l'activation, vous pouvez vraiment améliorer les voies ou améliorer la capacité existante, voire réaliser une nouvelle fonction. Au lieu de fermer les choses, vous pouvez tirer parti des fonctionnalités déjà présentes dans le génome et améliorer ce que vous savez être utile. »
Dans son nouvel article, Qi et son équipe ont validé le système CRISPR 3.0 dans le riz, les tomates et Arabidopsis (l'espèce de plante modèle la plus populaire, communément appelée cresson). L'équipe a montré qu'il est possible d'activer simultanément de nombreux types de gènes, y compris une floraison plus rapide pour accélérer le processus de reproduction. Mais ce n'est là qu'un des nombreux avantages de l'activation multiplexée, déclare Qi.
« Avoir un processus beaucoup plus rationalisé pour l'activation multiplexée peut fournir des percées importantes. Par exemple, nous sommes impatients d'utiliser cette technologie pour cribler le génome de manière plus efficace et efficiente à la recherche de gènes qui peuvent aider à lutter contre le changement climatique et la faim dans le monde. Nous pouvons concevoir, adapter et suivre l'activation des gènes avec ce nouveau système à plus grande échelle pour dépister les gènes importants, et cela sera très propice à la découverte et à la science translationnelle chez les plantes. »
Étant donné que CRISPR est généralement considéré comme des "ciseaux moléculaires" capables de couper l'ADN, ce système d'activation utilise CRISPR-Cas9 désactivé qui ne peut que se lier. Sans la capacité de couper, le système peut se concentrer sur le recrutement de protéines d'activation pour des gènes d'intérêt spécifiques en se liant à certains segments d'ADN à la place. Qi a également testé sa variante SpRY de CRISPR-Cas9 qui élargit considérablement la portée de ce qui peut être ciblé pour l'activation, ainsi qu'une forme désactivée de son récent système CRISPR-Cas12b pour montrer la polyvalence des systèmes CRISPR. Cela montre le grand potentiel d'expansion de l'activation multiplexée, qui peut changer le fonctionnement de l'ingénierie du génome.
«Les gens parlent toujours du potentiel des individus si vous pouvez nourrir et promouvoir leurs talents naturels», explique Qi. « Cette technologie me passionne parce que nous promouvons la même chose chez les plantes :comment pouvez-vous promouvoir leur potentiel pour aider les plantes à faire plus avec leurs capacités naturelles ? C'est ce que peut faire l'activation génétique multiplexée, et cela nous offre tellement de nouvelles opportunités pour la sélection et l'amélioration des cultures. »
Référence :"CRISPR–Act3.0 pour une activation multiplexée hautement efficace des gènes dans les plantes" par Changtian Pan, Xincheng Wu, Kasey Markel, Aimee A. Malzahn, Neil Kundagrami, Simon Sretenovic, Yingxiao Zhang, Yanhao Cheng, Patrick M. Shih et Yiping Qi, 24 juin 2021, Plantes naturelles .
DOI :10.1038/s41477-021-00953-7
Ce travail est financé par le Fondation nationale des sciences , Récompense #1758745 et #2029889.
