All’università della California Davis hanno utilizzato la tecnologia CRISPR-Cas9 per aumentare i livelli di betacarotene nel riso. La scelta del riso è stata dettata dal fatto che è un alimento base per quasi tutte le popolazioni nel mondo e che è la fonte primaria di sussistenza in tanti Paesi come le Filippine, dove sono numerosi i bambini cui manca la vitamina A.
Generalmente per trasferire geni che producono betacarotene nel genoma del riso viene usato uno speciale batterio ma questa tecnica dell’ingegneria genetica risulta imprecisa. I transgeni possono finire in posizioni indesiderate nel genoma, compromettendo la salute della pianta e riducendone le rese. Inoltre, le tecniche di ingegneria genetica tradizionali prevedono l’impiego di marcatori genici, che rimangono nel genoma nel tempo, quando le piante vengono allevate per generazioni.
Ora i ricercatori dell’Università della California Davis hanno messo a punto un nuovo metodo che consente di trasferire un frammento di DNA e di inserirlo con precisione nel genoma del riso senza l’impiego di marcatori genici. E quanto maggiore è il frammento di DNA tanto più numerose sono le funzioni biologiche e i tratti che possono essere trasferiti alle nuove piante.
Questo vuol dire che trasferendo con precisione un frammento di DNA si potrebbero ottenere facilmente varietà migliori: con un solo inserimento si potrebbero avere piante con più proprietà nutrizionali, più sane, più resistenti e più produttive e i processi di breeding sarebbe notevolmente semplificati e richiederebbero tempi ridotti.
Il nuovo metodo è stato descritto in un articolo di Nature Communications.
L’altro studio è stato pubblicato in un articolo di Nature Plant. L’autore è Yiping Qi, professore di scienze vegetali presso l’Università del Maryland. Il professore ha messo a punto un nuovo sistema di ingegneria genetica studiato proprio per le piante, il CRISPR-Cas12b.
La tecnologia CRISPR può essere paragonata a una forbice utilizzata per tagliare il DNA in modo che un certo tratto possa essere rimosso, sostituito o modificato e quando si parla di questa tecnologia in genere si fa riferimento al CRISPR-Cas9.
Ma Qi e il suo team in laboratorio continuano a valutare e testare le potenzialità di questa tecnologia e lavorano per progettare nuovi strumenti, più efficaci, efficienti e sofisticati. Hanno così ideato il CRISPR-Cas12b, un sistema più versatile ideale per produrre nuove varietà di piante e personalizzabile. L’obiettivo è il solito, ben noto: arrivare ad avere piante in grado di resistere alle malattie, ai parassiti e agli effetti del riscaldamento globale.
“Volevamo sviluppare un pacchetto completo di strumenti per questo sistema per mostrare quanto possa essere utile, quindi ci siamo concentrati non solo sulla modifica, ma sullo sviluppo di metodi per rendere i geni attivi o inattivi”, ha affermato Qi.
I due principali sistemi tradizionalmente impiegati sono CRISPR-Cas9 e CRISPR-Cas12a.
Semplificando, CRISPR-Cas9 è famoso per la sua semplicità e per il riconoscimento di sequenze di DNA molto brevi che consentono di effettuare tagli nel genoma, mentre CRISPR-Cas12a riconosce una diversa sequenza di targeting del DNA e consente tagli più grandi e sfalsati nel DNA con complessità aggiuntiva per personalizzare il sistema.
CRISPR-Cas12b è simile al CRISPR-Cas12a ma risulta più efficace nei casi in cui l’espressione genetica di un tratto deve essere attivata o disattivata.
“Quando le persone pensano a CRISPR pensano alla modifica del genoma, ma in realtà CRISPR è davvero un sistema complesso che consente di indirizzare, reclutare o promuovere determinati aspetti già presenti nel DNA”, afferma Qi. “È possibile regolare l’attivazione o la repressione di determinati geni utilizzando CRISPR non come strumento di taglio, ma invece come strumento per indurre o silenziare i tratti”.
Tuttavia, il sistema conserva tutti gli aspetti positivi del CRISPR-Cas12a, inclusa la capacità di personalizzare i tagli e la regolazione genica in un’ampia gamma di applicazioni.
In effetti, Qi e il suo laboratorio sono stati persino in grado di riutilizzare il sistema CRISPR-Cas12b per l’editing “multiplex” del genoma, il che significa che è possibile indirizzare contemporaneamente più geni in un unico passaggio.
“La complessità aggiunta consente il targeting di effettori più specifici o di altro tipo per l’attivazione genica, la repressione o persino i cambiamenti epigenetici”, afferma Qi. “Questo sistema è più versatile perché possiamo giocare con più modifiche e quindi ci sono più opportunità di progettare l’intero sistema. Solo quando si dispone di questo tipo di sistema ibrido con maggiore complessità, si ottengono le più solide capacità di attivazione e modifica dei geni. “
Anche il lavoro per CRISPR-Cas12b è stato condotto sul riso, il progetto è stato finanziato dalla National Science Foundation (Premio NSF n. IOS-1758745) e dal National Institute of Food and Agriculture, Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti (Premio USDA-NIFA n. 2018-33522-28789).