Программа CROPSR поможет ускорить генетические открытия в селекции сельхозкультур
Геномы сельскохозяйственных культур подбираются поколениями селекционеров для оптимизации конкретных признаков, и до недавнего времени селекционеры ограничивались отбором по естественному разнообразию. Технология редактирования генов CRISPR / Cas9 может изменить это, но программные средства, необходимые для разработки и оценки экспериментов CRISPR, до сих пор основывались на потребностях редактирования геномов млекопитающих, которые не имеют тех же характеристик, что и сложные геномы сельскохозяйственных культур.
CROPSR стал первым программным инструментом с открытым исходным кодом для разработки и оценки последовательностей направляющей РНК (gRNA) в масштабах всего генома для экспериментов CRISPR, созданный учеными CABBI, Исследовательского центра биоэнергетики, финансируемого Министерством энергетики (BRC). Общегеномный подход значительно сокращает время, необходимое для разработки эксперимента CRISPR, уменьшая сложность работы с сельскохозяйственными культурами и ускоряя разработку, оценку и валидацию последовательности gRNA, согласно исследованию.
«CROPSR предоставляет научному сообществу новый способ для проведения экспериментов с CRISPR / Cas9», - сказал разработчик CROPSR Ханс Мюллер Пол, молекулярный биолог. Новое программное обеспечение ускорит открытие и сократит количество неудачных экспериментов.
Ученые создали программное обеспечение, которое снимает ограничения, налагаемые другими пакетами на разработку и оценку последовательностей gRNA, руководств, используемых для определения целевого генетического материала. По словам авторов, модель оценки CROPSR обеспечивает гораздо более точные прогнозы даже в геномах, не относящихся к культурам.
Многие сельскохозяйственные культуры, особенно биоэнергетическое сырье, имеют очень сложные полиплоидные геномы с несколькими наборами хромосом. И некоторые программные средства редактирования генов, основанные на диплоидных геномах (например, у людей), имеют проблемы с особенностями геномов сельскохозяйственных культур.
Иногда для проверки результатов могут потребоваться недели или месяцы. Например, признак может регулироваться набором генов, особенно тем, который связан со стрессом растений, где полезны резервные системы. Ученый может разработать эксперимент, чтобы отключить один ген и не знать о другом, который выполняет ту же функцию. Проблема может быть обнаружена только после того, как растение созреет без какого-либо изменения признака. Это особая проблема с культурами, для выращивания которых требуются особые погодные условия, где пропуск сезона может означать задержку на год проведения эксперимента.
Использование общегеномного подхода позволило ученым адаптировать CROPSR для использования на растениях, устранив встроенные ошибки, обнаруженные в существующих программных средствах. Поскольку они основаны на геномах человека или мыши, где множественные копии генов встречаются реже, эти инструменты наказывают последовательности gRNA.
Но с сельскохозяйственными культурами цель часто состоит в том, чтобы мутировать более чем в одной позиции, чтобы уничтожить все копии гена. Раньше ученым иногда приходилось разрабатывать четыре или пять экспериментов с мутациями, чтобы отключить каждый ген в отдельности, что требовало дополнительного времени и усилий.
CROPSR может генерировать базу данных полезных направляющих РНК CRISPR для всего генома сельскохозяйственных культур. Этот процесс требует больших вычислительных затрат и отнимает много времени - обычно требуется несколько дней, — но исследователям нужно сделать это только один раз, чтобы создать базу данных, которую затем можно использовать для текущих экспериментов.
Таким образом, вместо того, чтобы искать целевой ген через онлайн-базу данных, а затем использовать современные инструменты для разработки отдельных руководств для пяти разных местоположений и проведения нескольких раундов экспериментов, ученые могли бы искать ген в своей собственной базе данных и просматривать все доступные вариации.
CROPSR был разработан с учетом геномов сельскохозяйственных культур, но он применим к любому типу генома.
«CROPSR также основан на генах человека, поскольку доступность данных для генов сельскохозяйственных культур просто еще не существует, - сказал Мюллер Пол, - но мы рассматриваем возможность сотрудничества с другими BRCS, чтобы обеспечить более эффективное предсказание, основанное на биофизике, чтобы помочь смягчить некоторые острые вопросы, вызванные отсутствием данных».
Фото - pexels.com