Neopyropia ist eine wichtige wirtschaftliche Makroalge und eine der wichtigsten Makroalgen-Anbauarten in China, Japan, Südkorea und anderen Ländern. Als kritischer Wendepunkt in der Evolution photosynthetischer Organismen gelten Rotalgen, zu denen Neopyropia gehört, als potenzielle Modellart für die Erforschung der grundlegenden Biologie von Makroalgen.
Aufgrund eines komplexen Genoms mit extrem hohem GC-Gehalt und noch nicht charakterisierten Regulierungsmechanismen der Genexpression ist die Genbearbeitung bei Neopyropia, die für die Forschung sowohl zur genetischen Züchtung als auch zur umgekehrten Genetik von entscheidender Bedeutung ist, jedoch schwer zu realisieren.
Kürzlich erzielte das Forschungsteam um Prof. Wang Guangce vom Institut für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IOCAS) bedeutende Fortschritte in der Reverse-Genetik-Forschung an Nutzmakroalgen und erreichte eine Gen-Editierung bei Neopyropia yezoensis, was den Weg für die molekulare Design-Züchtung von Nutzmakroalgen ebnet.
Die Studie erschien im Neuer Phytologe am 12. September.
Forscher entwickelten eine Gen-Editierungsstrategie basierend auf der Lebensgeschichte von Neopyropia und optimierten das CRISPR/Cas-System. Sie führten ein selbstspaltendes Peptidgen aus einem Schweinevirus ein, um das Selektionsmarkergen und das CRISPR-assoziierte Protein 9 (Cas9) zu verknüpfen und so eine hohe Expression von Cas9 in Hygromycin-toleranten Stämmen zu ermöglichen.
Inzwischen haben sie erstmals das U6-Gen und seinen Promotor von Neopyropia identifiziert und geklont. Dieses Gen kann von der RNA-Polymerase III erkannt werden und leitet die Transkription kleiner nuklearer RNA ein. Die Forscher nutzten es zur Expression von gRNA und fügten damit das letzte Puzzlestück für die Genbearbeitung von Neopyropia auf Basis des CRISPR/Cas-Systems ein.
Das Team erreichte auch eine präzise Ausschaltung gezielter Gene in Neopyropia und erhielt eine Reihe genomeditierter Stämme mit potenziellem Züchtungspotenzial. Die homozygoten Mutanten machten 9,6 % aus.
„Die Entwicklung der Gen-Editierungstechnologie legt den Grundstein für die Reverse-Genetik-Forschung bei Neopyropia“, sagte Dr. Xie Xiujun, einer der korrespondierenden Autoren der Studie. „Sie wird Neopyropia yezoensis nicht nur als Modellart für die biologische Grundlagenforschung an Makroalgen fördern, sondern auch ein wichtiges Instrument für die molekulare Design-Züchtung von Neopyropia yezoensis darstellen.“
Weitere Informationen:
Hong Wang et al., Die Genbearbeitung der kommerziellen Makroalge Neopyropia yezoensis (Rhodophyta) wird ihre Entwicklung zu einer Modellart mariner Algen fördern, Neuer Phytologe (2024). DOI: 10.1111/nph.20123