-
Genoomredigeren
Genoomredigeren - een nauwkeurige en snelle nieuwe veredelingsmethode
Genoomredigeren is een nieuwe veredelingsmethode (NBM) die een nauwkeurigere en snellere ontwikkeling van gewasvariëteiten via gerichte mutagenese mogelijk maakt.
Genoomredigeren is nauwkeuriger dan traditionele veredelingsmethoden: door het genoom rechtstreeks te wijzigen, is het mogelijk alleen de beoogde eigenschappen te bewerken. Tegelijkertijd kan genoomredigeren de ontwikkeling van nieuwe plantenvariëteiten met 20-30% versnellen in vergelijking met traditionele veredelingsmethoden.
Er zijn verschillende vormen en benaderingen van genoomredigeren. Deze zijn gebaseerd op programmeerbare enzymen (nucleases) die worden gebruikt om het DNA op specifieke locaties te knippen om gerichte en precieze deleties, vervangingen of invoegingen in het genoom te maken. Hoewel innovaties op het gebied van genoomredigeren dateren uit de jaren tachtig, wordt de methode pas sinds 2005 in plantengenoomredigeren gebruikt. De eerdere benaderingen voor genoomredigeren omvatten Meganucleases, Zinkvingernucleases (ZFN) en transcriptieactivator-achtige effector nucleases (TALENs). Sinds zijn eerste toepassing in de plantenveredeling in 2013 is CRISPR/Cas de meest gebruikte methode geworden, vanwege zijn relatieve eenvoud, efficiëntie, veelzijdigheid en snelheid.
CRISPR/Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas eiwit) is gebaseerd op het natuurlijke immuunsysteem van bacteriën. Als afweer tegen virussen kunnen bepaalde bacteriën DNA van virussen vastleggen en het gebruiken om DNA-segmenten te creëren - waardoor ze soortgelijke virussen direct kunnen aanvallen en hun DNA uit elkaar kunnen snijden.
Onderzoekers kunnen hetzelfde principe gebruiken bij genoomredigeren. De eerste stap is de identificatie van doelgenen, d.w.z. doel-DNA-sequentie in de plant - bijvoorbeeld die genen die de gevoeligheid van de plant voor ziekteverwekkers bepalen. Guide RNA is gebouwd volgens de gerichte DNA-sequentie. In de kern van de plantencel vindt hij de juiste plaats en draagt hij Cas, het snij-enzym, mee. De Cas snijdt de beoogde DNA-streng door, waardoor een dubbele strengbreuk ontstaat. Het Cas-eiwit kan worden gebruikt in combinatie met de natuurlijke DNA-herstelprocessen van de cel om genen te activeren of te onderdrukken of om specifieke nucleotiden in verschillende nucleotiden te laten veranderen.
Er zijn verschillende vormen van toepassingen van genoomredigeren. De drie soorten sitegestuurde Nucleases kunnen worden geïnduceerd met CRISPR/Cas: SDN-1 (deleties of puntmutaties), SDN-2 (gerichte veranderingen van enkele nucleotiden) of SDN-3 (gerichte inbrengen van genen of gensequenties, inclusief transgene inbrengen).
Innovaties in plantenveredeling:
Genoomredigeren kan worden gebruikt om gewassen met nuttige eigenschappen te ontwikkelen:
Veel voorbeelden van succesvolle uitvoering tonen aan dat genoomredigeren een belangrijke bijdrage kan leveren aan de wereldwijde voedselzekerheid en duurzame landbouw. Plagen- of ziekteresistente rassen of rassen met een hogere efficiëntie voor nutriënten- of watergebruik kunnen de landbouwinputs verminderen, zoals anorganische meststoffen, gewasbescherming en water. Bovendien kunnen gewassen beter worden aangepast aan het wereldwijd en lokaal veranderende klimaat, en zal de verminderde behoefte aan landbouwgrond en inputs de algemene bijdrage van de landbouw aan de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen verminderen.
Genoomredigeren bij KWS
Bij KWS staat duurzame landbouw sinds 2015 centraal bij de toepassing van genoomredigeringsmethoden voor onze belangrijkste gewassen. Als gevolg van het huidige regelgevingskader van de EU, dat het gebruik van genoomredigeren in de plantenveredeling effectief verbiedt, ligt onze huidige focus vooral op onderzoek. Wij gebruiken genoomredigeren bijvoorbeeld bij genidentificatie en -validering.
Onze toekomstige focus in genoomredigeren ligt op de ontwikkeling van eigenschappen zoals resistentie tegen schimmels, virussen en insecten, opbrengststabiliteit en kuilkwaliteit.
KWS is bijvoorbeeld een van de bijna 60 bedrijven die samenwerken aan het PILTON-onderzoeksproject, dat wordt beheerd door de Duitse Federatie van Planteninnoveerders e.V. (GFPi). Het doel van dit project is meerdere schimmeltoleranties bij tarwe te ontwikkelen en het potentieel van genoomredigeren aan te tonen bij het verminderen van de behoefte aan gewasbeschermingsmiddelen.
„We zijn vastberaden om uitdagingen in de landbouw aan te pakken door middel van innovatieve werkwijzen. Met de snelheid en precisie van Genoomredigeren maken we de ontwikkeling van klimaatbestendige gewassen mogelijk en bieden we oplossingen voor duurzame landbouw. “