Die moderne Pflanzenzüchtung tritt in eine neue Ära des Genomdesigns ein, angeführt von Genombearbeitungstechnologien als gängigen Werkzeugen zur gezielten Genommodifikation.
In einem Rezension veröffentlicht in Nature Reviews GenetikDr. Gao Caixia vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat den aktuellen Fortschritt der technischen Innovation bei Bearbeitungswerkzeugen, die Entwicklung überlegener Verabreichungsmethoden sowie deren fortschrittliche Anwendungen in der Pflanzenzüchtung beschrieben.
Gezielte Genommodifikationstechnologien haben die Pflanzenzüchtungsmethoden revolutioniert und die Züchtungseffizienz deutlich verbessert. Das Verständnis der Grundprinzipien von Werkzeugen zur gezielten Genommodifikation und der iterativen Strategien bei deren Einsatz ist für deren Anwendung bei der Verbesserung von Nutzpflanzen von entscheidender Bedeutung.
In diesem Aufsatz führte Gaos Team systematisch verschiedene Werkzeuge zur Genombearbeitung ein, die von der Einzelbasenbearbeitung bis zur Manipulation von DNA-Fragmenten mit mehr als Kilobasen reichen. Das Team konzentrierte sich insbesondere auf die Zusammenfassung der neuesten Fortschritte bei präzisen Genom-Editing-Technologien, einschließlich Base-Editing, Prime-Editing und präzisen Manipulationswerkzeugen für große DNA-Fragmente. Es wird erwartet, dass diese Präzisionswerkzeuge zu entscheidenden Grundtechnologien für zukünftige Pflanzenforschungs- und Züchtungsanwendungen werden.
Traditionell wurde die genetische Verbesserung von Nutzpflanzen nicht nur durch die Präzision und den Umfang genetischer Manipulationsinstrumente begrenzt, sondern auch durch Herausforderungen wie die geringe Effizienz der Abgabe und Regeneration von Pflanzenzellen. Dieser Aufsatz beschreibt die aktuellen Verabreichungsmethoden, die bei der Bearbeitung des Pflanzengenoms verwendet werden, wobei der Schwerpunkt auf Techniken liegt, die die Notwendigkeit einer Gewebekultur oder Transgenintegration umgehen und so dazu beitragen, Lieferengpässe zu überwinden.
Die Forscher präsentierten einen umfassenden Überblick über die transformative Rolle gezielter Genommodifikationsinstrumente in der modernen Pflanzenzüchtung, von der Generierung neuartiger Elite-Allele bis hin zur Revolutionierung der Pflanzenzüchtungstechnologien. Sie stellten außerdem fest, dass die zukünftige Entwicklung und potenzielle Anwendung gezielter Genommodifikationsinstrumente in der Pflanzenzüchtung mit großer Spannung erwartet wird.
Gaos Team schlug außerdem mögliche zukünftige Richtungen für die Genomeditierungsforschung vor, stellte sich verschiedene Szenarien für eine präzise gezielte Modifikation von Pflanzengenomen vor und diskutierte potenzielle Herausforderungen bei der Anwendung genomeditierter Nutzpflanzen. Diese Erkenntnisse werden zu neuen Perspektiven und Überlegungen für den zukünftigen Einsatz gezielter Genommodifikationstechnologien in der Pflanzenzüchtung beitragen.
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Boshu Li et al., Gezielte Genommodifikationswerkzeuge und ihre fortschrittlichen Anwendungen in der Pflanzenzüchtung, Nature Reviews Genetik (2024). DOI: 10.1038/s41576-024-00720-2