Schon gewusst? Die Genschere kann auch Gene aktivieren
CRISPR/Cas erhöht die Aktivität eines Photosynthesegens bei Reis
Reis gehört zu den wichtigsten Kulturpflanzen unserer Erde. Nun ist es mit der Genschere gelungen, ein Gen zu aktivieren, dass die Pflanze vor zu viel Sonnenstrahlen schützt. (Bildquelle: © Sibylle Dreyer / Wikipedia, gemeinfrei)
Meist schaltet die Genschere CRISPR/Cas ein Gen einfach nur aus. Aber es geht auch anders. Forscher:innen ist es gelungen, die Transkriptionsrate eines Photosynthesegens der Reispflanze mit der Genschere zu erhöhen – durch Veränderung von regulatorischen Sequenzen. Ergebnis: Dieser Reis nutzt Wasser effizienter und kann sich besser vor zu starker Sonnenstrahlung schützen.
Reis gehört bekanntlich zu den weltweit wichtigsten Kulturpflanzen. Etwa 20 Prozent der von der Menschheit benötigten Kalorien liefert alleine diese Pflanze. Eine Verbesserung der Ertragsleistung von Reis wäre daher für eine sichere Versorgung der Weltbevölkerung mit Lebensmitteln von immenser Bedeutung.
Optimierung der Photosynthese
Die Photosynthese bei Pflanzen, also die Produktion von Zucker aus Kohlendioxid durch die Energie der Sonnenstrahlen, ist die Lebensbasis unserer Erde. Sie lässt Pflanzen wachsen und schafft so auch die Nahrungsgrundlage für die meisten anderen Organismen. Aber erstaunlicherweise ist die Photosynthese kein optimierter Prozess. Also suchen Forscher:innen weltweit nach Möglichkeiten, die Photosynthese der Kulturpflanzen zu verbessern – und damit die Erträge der Pflanzen zu erhöhen.
Mit der Genschere ein Photosynthesegen ankurbeln
Joram erklärt die Genschwere CRISPR/Cas9 - ausgezeichnet im Fast Forward Science Webvideo-Wettbewerb.
Videoquelle: © erforschtCRISPR / Youtube.com
Ein Problem bei der Photosynthese ist kurioserweise zu viel Sonneneinstrahlung. Denn dann besteht die Gefahr, dass die an der Photosynthese beteiligten Proteine durch Energieüberschuss und dadurch entstehende schädliche Sauerstoffradikale geschädigt werden. Um dies zu verhindern, haben Pflanzen einen besonderen Mechanismus entwickelt: Das sogenannte Nicht-photochemische Quenching (NPQ). Dabei wird überschüssige Lichtenergie in harmlose Wärme umgewandelt.
Genau hier haben die Forscher:innen angesetzt. Sie haben mit einer speziellen Anwendungsmethode der Genschere, die sogenannte Multiplex-CRISPR-Cas9-Mutagenese, die regulatorischen Bereiche eines Gens für ein Sensorprotein verändert, das die NPQ bei zu viel Sonneneinstrahlung startet: das PsbS-Protein. So haben sie einige Reisvarianten erzeugt, die zwei- bis dreimal so viel PsbS-Protein produzieren wie herkömmliche Reispflanzen. Diese Pflanzen konnten nicht nur besser mit zu viel Sonneneinstrahlung umgehen, sondern verbrauchten auch weniger Wasser – ein Nebeneffekt, der noch nicht ganz verstanden ist.
Fazit: Mit der Genschere kann man viel mehr
Diese Forschungsarbeit hat gezeigt, dass CRISPR/Cas nicht nur Gene ausschalten kann. Durch Veränderungen in den regulatorischen Genbereichen lassen sich gezielt Genvarianten mit erhöhter Transkriptionsaktivität erzeugen - also eine Genaktivierung bzw. Überexpression der codierten Proteine erreichen. Damit stehen nun neue Strategien mit der Genschere offen, mit denen Kulturpflanzen gezielt optimieren werden können. Die Forscher:innen haben beispielsweise vorgeschlagen, ihre Methode auf weitere Gene anzuwenden, die für das Nicht-photochemische Quenching wichtig sind – um so den Lichtschutz und die Effizienz der Photosynthese bei Kulturpflanzen weiter zu verbessern.
Quelle:
Patel-Tupper, D. et al. (2024): “Multiplexed CRISPR-Cas9 mutagenesis of rice PSBS1 noncoding sequences for transgene-free overexpression.” In: Sci Adv. (7. Juni 2024). doi: 10.1126/sciadv.adm7452
Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:
- Reiszüchtung für Afrika - Genschere erzeugt virusresistenten Reis
- Schwefelhaltige Arsenverbindungen in Reis niedrig halten - Das Projekt "Thio-As-Rice" will dieses Lebensmittel sicherer machen
- Genom-Editierung - Krankheitsresistenter Reis entwickelt – Blaupause auch für andere Kulturpflanzen?
- „CRISPR-Kill“ - Mit der Genschere lassen sich jetzt auch bestimmte Gewebetypen ausschalten
Titelbild: Reis gehört zu den wichtigsten Kulturpflanzen unserer Erde. Nun ist es mit der Genschere gelungen, ein Gen zu aktivieren, dass die Pflanze vor zu viel Sonnenstrahlen schützt. (Bildquelle: © Sibylle Dreyer / Wikipedia, gemeinfrei)
