Reis ist ein Grundnahrungsmittel für Milliarden von Menschen weltweit, und Basmatireis ist eine sehr geschätzte Sorte, die für ihren aromatischen Geschmack und ihre langen Körner bekannt ist. Wie alle Feldfrüchte ist Reis jedoch anfällig für Unkräuter, die um Nährstoffe, Wasser und Sonnenlicht konkurrieren. Um dieses Problem anzugehen, haben Zafar und Kollegen erfolgreich das Gen-Editing-Tool namens CRISPR-Cas9 verwendet, um es zu erstellen eine Sorte von Super-Basmati-Reis, die gegen ein bestimmtes Herbizid resistent ist. Diese aufregende Entwicklung, veröffentlicht in AoB PLANTS, könnte Landwirten helfen, Arbeits- und Wasserressourcen zu sparen und gleichzeitig Unkrautbefall zu kontrollieren.
CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) ist ein natürlich vorkommender Abwehrmechanismus von Bakterien, der ihnen hilft, Virusinfektionen abzuwehren. Wissenschaftler haben sich dieses System zunutze gemacht, um ein leistungsstarkes Werkzeug zur Genbearbeitung namens CRISPR-Cas9 zu entwickeln, das es ihnen ermöglicht, DNA in lebenden Organismen präzise zu schneiden und zu bearbeiten. Diese Technologie hat das Potenzial, Medizin, Landwirtschaft und andere Bereiche zu revolutionieren, indem sie gezielte Veränderungen an Genen ermöglicht.
Die Forscher in dieser Studie verwendeten eine spezifische Gen-Editing-Methode namens Homology-directed repair (HDR). HDR ist ein natürlicher Prozess, den Zellen nutzen, um Brüche in ihrer DNA zu reparieren. Durch die Kombination von CRISPR-Cas9 mit HDR können Wissenschaftler spezifische Änderungen an der DNA eines Organismus vornehmen, wie z. B. das Hinzufügen, Löschen oder Modifizieren bestimmter Gene. Dieser Ansatz ermöglicht eine präzise und gezielte Genbearbeitung, wodurch es möglich wird, Nutzpflanzen mit wünschenswerten Eigenschaften wie Resistenz gegen Krankheiten, verbessertem Nährstoffgehalt oder in diesem Fall Resistenz gegen ein bestimmtes Herbizid zu züchten.
Die Forscher konzentrierten sich auf ein bestimmtes Gen namens Acetolactat-Synthase (OsALS), um bei Super-Basmati-Reis eine Herbizidresistenz zu erreichen. Sie führten eine kleine Veränderung in das Gen ein, die den Reis gegen das Herbizid Bispyribac-Natrium resistent machen würde. Anschließend testeten sie verschiedene Konfigurationen des CRISPR-Cas9-Systems, um den effektivsten Weg zur Bearbeitung zu finden OsALS Gen in Super-Basmati-Reis.
Nach vielen Experimenten entdeckte das Team die optimale Konfiguration, die es dem CRISPR-Cas9-System ermöglichte, präzise Änderungen an der zu erstellen OsALS Gen in Super-Basmati-Reis, das ihn gegen das Bispyribac-Natrium-Herbizid resistent macht. Anschließend testeten die Forscher die Herbizidempfindlichkeit des modifizierten Reises und verglichen ihn mit anderen Reissorten. Sie fanden heraus, dass der Super-Basmati-Reis resistenter gegen das Herbizid war als andere zuvor getestete Indica-Reissorten.
Diese erfolgreiche Anwendung des CRISPR-Cas9- und HDR-Systems in Super-Basmati-Reis eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Ernte. Durch den Einsatz dieser Gen-Editing-Technologie können Wissenschaftler Pflanzensorten mit besserer Resistenz gegen Krankheiten, Schädlinge oder andere Umweltfaktoren schaffen, was zu höheren Ernteerträgen und einer verbesserten Ernährungssicherheit führen könnte.
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Kashaf Zafar, Muhammad Zuhaib Khan, Imran Amin, Zahid Mukhtar, Mehak Zafar, Shahid Mansoor, Einsatz von Template-gesteuerter CRISPR-basierter Bearbeitung des OsALS-Gens zur Herstellung von Herbizidtoleranz in Basmati-Reis, AoB PLANTS, Band 15, Ausgabe 2, Februar 2023, plac059, https://doi.org/10.1093/aobpla/plac059
