Генетическое редактирование для улучшения плодовых и ягодных культур


https://doi.org/10.31676/0235-2591-2019-4-10-15

Полный текст:


Аннотация

Сегодня активно расширяется спектр культур, для изучения и улучшения которых применяются новейшие технологии генетического редактирования, в частности, системы CRISPR/Cas. Высокая точность, простота сборки и относительная дешевизна редактирующих конструкций позволила применить метод для исследований в самых разнообразных областях биологии. Представляемый систематический обзор обобщает мировой опыт редактирования генома плодовых и ягодных культур с помощью технологии CRISPR/Cas9 и рассматривает перспективу использования этого новейшего метода биотехнологии в интересах селекции. Для систематического обзора использовали один из наиболее авторитетных интернет-ресурсов, индексирующих рецензируемые научные публикации – базу данных Scopus. Путем систематического поиска научных публикаций для 37 видов плодовых и ягодных культур найдены 115 работ, в 26 из которых выявлено описание оригинальных исследований с использованием системы CRISPR/Cas на плодовых и ягодных культурах. В общей сложности отредактирован 21 ген-мишень у 8 культур. Часть исследований посвящено апробации метода или установлению/уточнению функций генов-мишеней путем их нокаута. В обзоре уделяется внимание работам, в которых редактирование генов-мишеней было направлено на улучшение свойств растений. Таких успешно редактированных генов-мишеней плодовых и ягодных растений к настоящему моменту насчитывается 12. Основной тип модификации – нокаут, который направлен на негативные регуляторы факторов устойчивости к патогенам или изменение морфологии растений. Модифицированные растения, в большинстве случаев, обладают заданными признаками, проверены на устойчивость к патогенам в лабораторных условиях. Обсуждается, насколько в дальнейшем смогут быть расширены рамки применения целевого мутагенеза для плодовых и ягодных культур.


Об авторах

Н. Г. Тихонова
ФИЦ «Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» (ВИР)
Россия
кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории постгеномных исследований


Е. К. Хлесткина
ФИЦ «Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» (ВИР)
Россия
доктор биологических наук, проф. РАН, врио директора


Список литературы

1. Wang Z., Wang S., Li D., Zhang Q., Li L., Zhong C., Liu Y., Huang H. (2018). Optimized paired-sgRNA/Cas9 cloning and expression cassette triggers high-efficiency multiplex genome editing in kiwifruit. Plant Biotechnology Journal. 2018;16(8):1424-1433. DOI:10.1111/pbi.12884

2. Weeks D.P. Gene Editing in Polyploid Crops: Wheat, Camelina, Canola, Potato, Cotton, Peanut, Sugar Cane, and Citrus. Progress in Molecular Biology and Translational Science. 2017; Volume 149:65-80. DOI:10.1016/bs.pmbts.2017.05.002

3. Kaur N., Alok A., Shivani, Kaur N., Pandey P., Awasthi P., Tiwari S. CRISPR/Cas9-mediated efficient editing in phytoene desaturase (PDS) demonstrates precise manipulation in banana cv. Rasthali genome. Functional and Integrative Genomics. 2018;18(1):89-99. DOI:10.1007/s10142-017-0577-5

4. Naim F., Dugdale B., Kleidon J., Brinin A., Shand K., Waterhouse P., Dale J. Gene editing the phytoene desaturase alleles of Cavendish banana using CRISPR/Cas9. Transgenic Research. 2018;27(5):451-460. DOI:10.1007/s11248-018-0083-0

5. Zhou J., Wang G., Liu Z. Efficient genome editing of wild strawberry genes, vector development and validation. Plant Biotechnology Journal. 2018;16(11):1868-1877. DOI:10.1111/pbi.12922

6. Malnoy M., Viola R., Jung M.-H., Koo O.-J., Kim S., Kim J.-S., Velasco R., Nagamangala Kanchiswamy C. DNA-Free Genetically Edited Grapevine and Apple Protoplast Using CRISPR/ Cas9 Ribonucleoproteins. Frontiers in Plant Science. 2016;7:1-9. DOI:10.3389/fpls.2016.01904

7. Jia H., Orbović V., Wang. CRISPR-LbCas12a-mediated modification of citrus. Plant Biotechnology Journal. 201;1-10. DOI:10.1111/pbi.13109

8. Jia H., Zhang Y., Orbović V., Xu J., White F. F., Jones J. B., Wang N. Genome editing of the disease susceptibility gene CsLOB1 in citrus confers resistance to citrus canker. Plant Biotechnology Journal. 2017;15(7):817-823. DOI:10.1111/pbi.12677

9. Peng A., Chen S., Lei T., Xu L., He Y., Wu L., Yao L., Zou X. Engineering canker-resistant plants through CRISPR/Cas9-targeted editing of the susceptibility gene CsLOB1 promoter in citrus. Plant Biotechnology Journal. 2017;15(12):1509-1519. DOI:10.1111/pbi.12733

10. Wang X., Tu M., Wang D., Liu J., Li Y., Li Z., Wang Y., Wang X. (2018). CRISPR/Cas9-mediated efficient targeted mutagenesis in grape in the first generation. Plant Biotechnology Journal. 2018;16(4):844-855. DOI:10.1111/pbi.12832

11. Varkonyi-Gasic E., Wang T., Voogd C., Jeon S., Drummond R. S. M., Gleave A. P., Allan A. C. Mutagenesis of kiwifruit CENTRORADIALIS-like genes transforms a climbing woody perennial with long juvenility and axillary flowering into a compact plant with rapid terminal flowering. Plant Biotechnology Journal. 2019;17(5):869-880. DOI: 10.1111/pbi.13021

12. Charrier A., Vergne E., Dousset N., Richer A., Petiteau A., Chevreau E. Efficient Targeted Mutagenesis in Apple and First Time Edition of Pear Using the CRISPR-Cas9 System. Frontiers in Plant Science. 2019;10:40. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00040

13. Osakabe Y., Liang Z., Ren C., Nishitani C., Osakabe K., Wada M., Komori S., Malnoy M., Velasco R., Poli M., Jung M.-H., Koo O.-J., Viola R., Nagamangala Kanchiswamy C. CRISPR/Cas9-mediated genome editing in apple and grapevine. Nature Protocols. 2018;13(12):2844-2863. DOI:10.1038/ s41596-018-0067-9

14. Ren C., Liu X., Zhang Z., Wang Y., Duan W., Li S., Liang Z. CRISPR/Cas9-mediated efficient targeted mutagenesis in Chardonnay (Vitis vinifera L.). Scientific Reports. 2016;6:1-9. DOI:10.1038/ srep32289

15. Хлесткина Е. К. Геномное редактирование риса при использовании системы CRISPR/Cas. Биотехнология и селекция растений. 2019;2(1):49-54. DOI:10.30901/2658-6266-2019-1-49-54

16. Korotkova A.M., Gerasimova S.V., Khlestkina E.K. Current achievements in modifying crop genes using CRISPR/Cas system. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2019;23(1):29-37. DOI:10.18699/ VJ19.458

17. Zou, X., Fan, D., Peng, A., He, Y., Xu, L., Lei, T., Yao, L.,... Chen, S. CRISPR/Cas9- mediated editing of multiple sites in the CsLOB1 promoter. Acta Horticulturae Sinica, 2019;46 (2):337-344. DOI:10.16420/j.issn.0513-353x.2018-0383


Дополнительные файлы

Для цитирования: Тихонова Н.Г., Хлесткина Е.К. Генетическое редактирование для улучшения плодовых и ягодных культур. Садоводство и виноградарство. 2019;(4):10-15. https://doi.org/10.31676/0235-2591-2019-4-10-15

For citation: Tikhonova N.G., Khlestkina E.K. Genetic editing for improvement of fruit and small fruit crops. Horticulture and viticulture. 2019;(4):10-15. (In Russ.) https://doi.org/10.31676/0235-2591-2019-4-10-15

Просмотров: 60


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0235-2591 (Print)
ISSN 2618-9003 (Online)