Програма CROPSR допоможе прискорити генетичні відкриття в селекції сільгоспкультур
Біопаливні культури важливі для скорочення викидів парникових газів, і новий інструмент, розроблений центром передових інновацій в галузі біоенергетики та біопродуктів (CABBI), повинен прискорити їх розробку, а також досягнення в галузі генетичного редагування в цілому.
Геноми сільськогосподарських культур підбираються поколіннями селекціонерів для оптимізації конкретних ознак, і до недавнього часу селекціонери обмежувалися відбором за природною різноманітністю. Технологія редагування генів CRISPR / Cas9 може змінити це, але програмні засоби, необхідні для розробки та оцінки експериментів CRISPR, до цих пір ґрунтувалися на потребах редагування геномів ссавців, які не мають тих же характеристик, що і складні геноми сільськогосподарських культур.
CROPSR став першим програмним інструментом з відкритим кодом для розробки та оцінки послідовностей направляючої РНК (gRNA) в масштабах всього геному для експериментів CRISPR, створений вченими CABBI, дослідницького центру біоенергетики, що фінансується Міністерством енергетики (BRC). Загальногеномний підхід значно скорочує час, необхідний для розробки експерименту CRISPR, зменшуючи складність роботи з сільськогосподарськими культурами та прискорюючи розробку, оцінку та валідацію послідовності gRNA, згідно з дослідженням.
"CROPSR надає науковому співтовариству новий спосіб для проведення експериментів з CRISPR / Cas9", - сказав розробник CROPSR Ханс Мюллер Пол, молекулярний біолог. Нове програмне забезпечення прискорить відкриття і скоротить кількість невдалих експериментів.
Вчені створили програмне забезпечення, яке знімає обмеження, накладені іншими пакетами на розробку та оцінку послідовностей gRNA, посібників, що використовуються для визначення цільового генетичного матеріалу. За словами авторів, модель оцінки CROPSR забезпечує набагато більш точні прогнози навіть у геномах, що не належать до культур.
Багато сільськогосподарських культур, особливо Біоенергетичної сировини, мають дуже складні поліплоїдні геноми з декількома наборами хромосом. І деякі програмні засоби редагування генів, засновані на диплоїдних геномах (наприклад, у людей), мають проблеми з особливостями геномів сільськогосподарських культур.
Іноді для перевірки результатів можуть знадобитися тижні або місяці. Наприклад, ознака може регулюватися набором генів, особливо тим, який пов'язаний зі стресом рослин, де корисні резервні системи. Вчений може розробити експеримент, щоб відключити один ген і не знати про іншого, який виконує ту ж функцію. Проблема може бути виявлена тільки після того, як рослина дозріє без будь-якої зміни ознаки. Це особлива проблема з культурами, для вирощування яких потрібні особливі погодні умови, де пропуск сезону може означати затримку на рік проведення експерименту.
Використання загальногеномного підходу дозволило вченим адаптувати CROPSR для використання на рослинах, усунувши вбудовані помилки, виявлені в існуючих програмних засобах. Оскільки вони засновані на геномах людини або миші, де множинні копії генів зустрічаються рідше, ці інструменти карають послідовності gRNA.
Але з сільськогосподарськими культурами мета часто полягає в тому, щоб мутувати більш ніж в одній позиції, щоб знищити всі копії гена. Раніше вченим іноді доводилося розробляти чотири або п'ять експериментів з мутаціями, щоб відключити кожен ген окремо, що вимагало додаткового часу і зусиль.
CROPSR може генерувати базу даних корисних напрямних РНК CRISPR для всього геному сільськогосподарських культур. Цей процес вимагає великих обчислювальних витрат і забирає багато часу-зазвичай потрібно кілька днів — - але дослідникам потрібно зробити це тільки один раз, щоб створити базу даних, яку потім можна використовувати для поточних експериментів.
Таким чином, замість того, щоб шукати цільовий ген через онлайн-базу даних, а потім використовувати сучасні інструменти для розробки окремих посібників для п'яти різних місць розташування і проведення декількох раундів експериментів, вчені могли б шукати ген у своїй власній базі даних і переглядати всі доступні варіації.
CROPSR був розроблений з урахуванням геномів сільськогосподарських культур, але він застосовується до будь-якого типу геному.
"CROPSR також базується на генах людини, оскільки доступність даних для генів сільськогосподарських культур просто ще не існує", - сказав Мюллер Пол, - але ми розглядаємо можливість співпраці з іншими BRCS, щоб забезпечити більш ефективне прогнозування на основі біофізики, щоб допомогти пом'якшити деякі гострі питання, викликані відсутністю даних".
Також читайте: