研究人员使用CRISpR-Kill技术来防止模式植物叶荠形成次生根。
在CRISpR/Cas分子剪刀的帮助下，植物的遗传信息可以被修改，使后者更能抵御害虫、疾病或极端气候条件。德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology, KIT)的研究人员现在开发了这种方法，进一步消除特定细胞类型的完整DNA，从而防止它们在植物发育过程中形成。这也将有助于更好地理解植物的发育机制。研究结果发表在Nature Communications。
利用分子剪刀，可以在植物中对遗传信息的载体DNA进行修饰。到目前为止，由KIT的植物研究所的分子生物学家Holger puchta教授在植物中共同开发的CRISpR/Cas方法已经被用于特定的插入、交换或组合基因。其目标是提高这种植物对疾病和环境影响的抵抗力。CRISpR (Clustered Regularly Interspaced Short palindromic Repeats)/Cas是一种能够特异识别和剪切DNA序列的分子剪刀。“我们研究植物用分子剪刀已经有30年了。一开始，我们用它们来修改个体基因。两年前，我们是世界上第一个重组完整染色体的人。由于他的研究，这位基因组编辑的先驱两次获得了著名的欧洲研究委员会(ERC)的高级资助。“我们能够优化这个方法。有了CRISpR-Kill，我们现在已经达到了一个全新的发展水平:我们可以消除某些类型的植物细胞，阻止特定植物器官的形成。”
用CRISpR-Kill消除次根和花瓣
科学家们进行的实验集中在模式植物拟南芥的次生根和花瓣上。“这些都是生物学中的经典例子。在这里，我们知道基因程序和细胞类型对这些植物器官的形成很重要，”分子生物学家解释说。清除这些细胞后，CRISpR-Kill植物不再形成任何花瓣或次根，而对照植物则表现出正常的生长。
与其他用细胞毒素或激光辐射消除细胞的方法相反，CRISpR-Kill诱导基因组的多次切割。基因组由一定数量的染色体组成，在染色体上，单个基因按固定的顺序排列。“到目前为止，CRISpR/Cas只针对一个位置，并通过切割一两次来修改基因或染色体，”puchta说。“现在，我们已经重新编程了我们的分子剪刀。它们不再只针对基因组DNA一次，而是针对各自的细胞类型，寻找基因组中经常遇到的序列，这对细胞的生存至关重要。这样，就会在同一时间引发许多切割——太多了，细胞无法修复。细胞就会死亡。”
更好地理解植物的发育过程
科研人员的工作可分为基础研究。“通过研究特定类型的细胞被消除后的情况，我们对植物的发育过程了解得更多。植物有什么反应?在开发过程中，工厂的灵活性如何?例如，我们能否去除农业中不需要的部分植物?”puchta补充道。从长远来看，当植物不能形成产生毒素的细胞时，这项技术可能会使食品生产和医药应用受益。此外，该技术还可应用于多细胞生物，对组织进行特定的修饰。
Using CRISpR-Kill for organ specific cell elimination by cleavage of tandem repeats