Circuits basés sur CRISPRi pour contrôler l'expression des gènes dans les plantes

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Édition de gènes CRISPRi Biologie synthétique Portes logiques Biotechnologie végétale Expression génique

基于CRISPRi的植物基因表达控制电路

Contexte académique :

Dans le domaine de la biotechnologie végétale, les méthodes traditionnelles de manipulation des gènes se concentrent sur l’expression continue des transgènes pour produire les phénotypes et les activités cellulaires souhaités. Cependant, des promoteurs forts et continus peuvent entraîner la suppression des gènes, des charges métaboliques ou d’autres effets néfastes sur le rendement, ne permettant ainsi pas de réaliser pleinement les avantages potentiels des transgènes. Grâce aux méthodes de biologie synthétique, la construction de circuits génétiques synthétiques pourrait résoudre ces défis en intégrant plusieurs signaux d’entrée pour contrôler la sortie génétique, améliorant ainsi le contrôle spatio-temporel de l’expression des gènes.

Auteurs et source :

Cette étude provient de plusieurs chercheurs de la School of Molecular Sciences de l’Université d’Australie-Occidentale, dont Muhammad Adil Khan, Gabrielle Herring, Jia Yuan Zhu, etc., publiée dans la revue Nature Biotechnology. Date de soumission : 29 juillet 2022, date d’acceptation : 10 avril 2024. Pour la date de publication et la mise à jour en ligne, veuillez consulter l’article.

Processus de recherche :

  1. Premièrement, l’équipe de recherche a choisi l’Arabidopsis thaliana TCTP (transporteur de glutamine) comme cible initiale et a développé une plateforme réversible de circuit génétique basée sur l’intervention CRISPR (CRISPRi).
  2. En construisant des promoteurs d’intensité variable, ils ont créé des portes logiques NOT et NOR, et ont déterminé le système de traitement optimal pour exprimer des ARN guides (sgRNAs) unidirectionnels à partir du promoteur de l’ARN Pol II, réalisant l’interface de programmation de la porte NOR avec les séquences régulatrices de l’hôte biologique.
  3. En démontrant les performances de la porte NOR dans des plants d’Arabidopsis transformés de manière stable, ils ont montré la programmabilité et la réversibilité du système, et ont établi l’activité des portes logiques inter-espèces dans divers protoplastes d’Arabidopsis.
  4. En superposant plusieurs portes NOR, ils ont créé des fonctions logiques OR, NIMPLY et AND, démontrant la modularité du système.

Principaux résultats :

a) L’étude montre qu’il est possible de construire des circuits génétiques synthétiques programmables et réversibles dans les cellules végétales en utilisant CRISPRi. b) Les promoteurs synthétiques développés peuvent être utilisés efficacement pour contrôler l’expression des gènes et construire des portes logiques. c) Il est démontré que les portes logiques basées sur CRISPRi sont actives dans diverses espèces végétales, y compris Arabidopsis, la mousse Physcomitrium patens, le blé (Triticum aestivum) et le colza (Brassica napus). d) En connectant plusieurs portes NOR, ils ont construit des fonctions logiques complexes telles que OR, NIMPLY et AND.

Signification des conclusions :

a) Valeur scientifique : Fournit une nouvelle plateforme pour la biologie synthétique végétale afin de réaliser un contrôle programmable complexe de l’expression des gènes, aidant à programmer les réponses des plantes aux stimuli dynamiques internes et externes. b) Valeur applicative : Cette technologie promet d’améliorer la capacité des plantes à faire face aux stress environnementaux, d’augmenter les rendements et de fournir de nouveaux outils pour l’amélioration future des cultures.

Points forts de l’étude :

  1. L’étude présente les fonctions des portes logiques CRISPRi et leur applicabilité dans diverses espèces végétales, élargissant le champ d’application de la biologie synthétique dans le génie génétique végétal.
  2. Méthodologie et processus de travail : Développement d’une plateforme de test de transfection de protoplastes à haut débit, augmentant le débit des tests et réduisant l’interférence de la variabilité des taux de transfection des protoplastes sur l’analyse des fonctions des portes logiques.
  3. La boîte à outils fournie (comprenant des promoteurs ingénieurs et des circuits génétiques synthétiques) est utile pour les chercheurs développant des stratégies de contrôle spatio-temporel avancé de l’expression des gènes.