Korejska raziskovalna skupina poroča o razvoju molekularnega orodja za urejanje kloroplastnega genoma. V raziskavi, objavljeni v znanstveni reviji Nature Plants, so pokazali, da razviti sistem učinkovito in natančno uvede spremembe na izbranih mestih v genomu rastlinskih kloroplastov tako na ravni celic kot na ravni celih rastlin. 

Kloroplast je celični organel v rastlinski celici, kjer poteka fotosinteza. Tam se nahajajo številni proteini, ki so pomembni za pretvorbo energije svetlobe v kemično energijo, ter proteini, ki so udeleženi v fiksakciji atmosferskega ogljikovega dioksida. Proteini kloroplasta so že dolgo pod drobnogledom raziskovalcev in raziskovalk, saj si ti želijo izboljšati učinkovitost fotosinteze. Takšna optimizacija procesa fotosinteze bi lahko imela pozitiven agronomski doprinos, delno pa bi morebitna izboljšava procesa lahko prispevala k zmanjšanju količine toplogrednega plina CO2. A posebnost kloroplasta onemogoča enostavno manipulacijo. Kloroplast ima namreč svoj genom, ki se nahaja znotraj organela samega in je tako fizično ločen od celičnega jedra. Toda medtem ko je urejanje jedrnega genoma danes, ob razvoju metod CRISPR-Cas, malodane že rutinsko opravilo, je urejanje mitohondrijskega in kloroplastnega genoma še vedno velik izziv. 

Korejski raziskovalci in raziskovalke so v svoji študiji razvili molekularno orodje, ki na izbranih mestih v kloroplastnem genomu adenozinsko bazo spremeni v gvaninsko. Povedano v štiričrkovni kodi molekule DNK, se nukleotid A spremeni v nukleotid G. Orodje temelji na združitvi prilagojenega proteina TALE, ki je odgovoren za vezavo in prepoznavo točno določenega zaporedja na DNK, in deaminaze, ki je odgovorna za pretvorbo adenina v gvanin. Sistem s proteinom TALE, ki lahko prepozna različna zaporedja v genomu, je predhodnik sistema CRISPR-Cas. V nasprotju s tem je sistem TALE izključno proteinski in ne potrebuje dodatnih molekul nukleinskih kislin za prepoznavo mest v genomu.

Z vnosom vektorja, ki zapisuje za ustrezni protein TALE in deaminazo, je raziskovalni skupini uspelo uvesti spremembe v zapisu nekaterih genov v kloroplastnem genomu. Uvedene spremembe so imele značilen in pričakovan fenotip, na primer delno izgubo pigmenta. Še več: raziskovalci so pokazali, da so uvedene spremembe stabilne in se tako v veliki meri uspejo prenesti tudi na potomce.

Razvito molekularno orodje na osnovi prilagojenega proteina TALE za urejanje kloroplastnega genoma bo olajšalo študij vplivov posameznih kloroplastnih komponent na učinkovitost fotosinteze in fiksacijo atmosferskega ogljikovega dioksida.

 

Zeleni pozdrav, Uroš.

 

Vir: Mok, Y.G., Hong, S., Bae, SJ. et al. Targeted A-to-G base editing of chloroplast DNA in plants. Nat. Plants (2022). https://doi.org/10.1038/s41477-022-01279-8

Vir slike: https://lexica.art/