Bilim adamları ilk kez tek tabanlı düzenleme sistemlerinde bireysel düzeyde hedef dışı etkiler keşfettiler
Çoğu durumda, insan genetik hastalıkları ve mahsul agronomik özellikleri, genomdaki tek veya birkaç nükleotid mutasyonundan kaynaklanır. Bu nedenle, genomdaki anahtar nükleotid varyasyonlarının belirlenmesi ve hedeflenen modifikasyonu, insan genetik hastalıklarının ve hayvan ve bitki ıslahının tedavisi için önemli yönlerdir. Genom düzenleme araçları için tek tabanlı editörlerin geliştirilmesi, genomdaki anahtar nükleotid varyasyonlarının yönlendirilmesi ve düzeltilmesi için önemli bir araç sağlayarak, genetik hastalıkların tedavisinde ve yeni hayvan ve bitki çeşitlerinin ıslahında potansiyel önemli uygulama değerini ortaya koymaktadır. Tek bazlı düzenleyiciler esas olarak iki kategoriye ayrılır: sitozin tek bazlı düzenleyici (CBE) ve sırasıyla sitozin deaminaz veya modifiye adenin deaminaz ve nCas9'dan oluşan adenin tek bazlı düzenleyici (ABE) Protein füzyonu, buna göre genomdaki hedef bölgede C'ye ulaşabilir > T veya A > G.'nin temel düzenlemesi. Şu anda, CBE ve ABE birçok türde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, hedef dışı etkilerinin tespiti hala çok yetersizdir.Veriler esas olarak in vitro deneysel çalışmalardan veya biyoinformatik yazılım tarafından tahmin edilen sınırlı hedef sekanslı benzer sahaların tespitinden gelir. CBE ve ABE'nin in vivo tüm genom aralığında hedef dışı etkileri Henüz değerlendirilmedi.
Son zamanlarda, Gao Caixia'nın Çin Bilimler Akademisi Genetik ve Gelişimsel Biyoloji Enstitüsü'ndeki araştırma grubu, bitkilerde BE3 (rAPOBEC1 sitozin deaminazın füzyonuna dayalı CBE sistemi), HF1-BE3 (yüksek sadakat versiyonu BE3) ve ABE tek tabanlı düzenleme sistemi üzerine araştırma yaptı Sistemin özgüllüğü genom düzeyinde değerlendirilmiş ve üç tek bazlı düzenleme sisteminin genom düzeyindeki hedef dışı etkileri kapsamlı bir şekilde analiz edilmiş ve ilk kez in vivo tüm genom dizileme teknolojisi kullanılarak karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, farklı tek bazlı düzenleme sistemleri ile dönüştürülmüş 56 T0 pirinç bitkisi ve 21 kontrol bitkisi tüm genom için dizilenmiştir. Daha fazla dizi istatistiksel analizi, tek bazlı düzenleme sistemi ile işlendikten sonra, genomdaki ekleme veya silme (indelleme) mutasyonlarının sayısının kontrol grubuna kıyasla önemli ölçüde değişmediğini, ancak sgRNA'nın varlığında veya yokluğunda BE3 ve HF1-BE3 olduğunu buldu. Her durumda, pirinç genomunda çok sayıda tek nükleotid varyasyonuna (SNV'ler) neden olabilirler ve bunların çoğu C'dir. > T tipi baz mutasyonları. Agrobacterium tarafından dönüştürülen, ancak herhangi bir temel düzenleme sistemi olmayan kontrol bitkileriyle karşılaştırıldığında, BE3 sistemi ve HF1-BE3 sistemi ile muamele edilen bitkiler, genom çapında C'ye sahipti. > TSNV'ler sırasıyla% 94,5 ve% 231,9 artarak yaklaşık 98 ek C ile sonuçlandı > T SNV'ler ve 242 C > T SNV'ler. Önemli olarak, Cas-OFFinder yazılımının tahmin sonuçlarıyla karşılaştırıldığında, bu ek C'nin > T SNV'lerin büyük çoğunluğu, mevcut yazılım tarafından tahmin edilebilecek hedef dışı sitelerde değildir. Ek olarak, bu C > T mutasyonları, kromozomlar arasında eşit olarak dağılmıştır, ancak transkripsiyonel olarak aktif bölgelerde zenginleşme eğilimindedirler. Bu bölgeler, sitozin deaminaz için uygun substratlar sağlamak üzere tek sarmallı DNA salma eğilimindedir. Çalışma ayrıca, CBE sisteminin aksine, ABE sisteminin çok yüksek özgüllük sergilediğini buldu. ABE ile muamele edilmiş bitkilerin ve kontrol bitkilerinin tüm genomundaki SNV'lerin sayısı temelde aynıydı.
Özetle, çalışma, ABE sisteminin değil, mevcut BE3 ve HF1-BE3 sistemlerinin bitkilerde öngörülemeyen hedef dışı mutasyonlara neden olabileceğini, bu nedenle daha fazla optimizasyon ve özgüllük gerektiğini göstermektedir. Bu çalışma, çok sayıda heterojen hücrenin önceki dizi analizinin karmaşıklığını çözmek için benzer genetik geçmişlere sahip klonlanmış bitkileri ve tüm genom yeniden sıralamayı yenilikçi bir şekilde kullanıyor. Deneyin sonuçları, 28 Şubat'ta Science (Science, DOI: 10.1126 / science.aaw7166) dergisinde çevrimiçi olarak yayınlandı. Gao Caixia'nın araştırma grubundaki doktora öğrencileri Jin Shuai ve Zong Yuan ile Liang Chengzhi'nin araştırma grubunun bir üyesi olan Gao Qiang, makalenin ilk ortak yazarları ve Gao Caixia, makalenin ilgili yazarı. Araştırmaya Genetik ve Gelişim Enstitüsü'nden araştırmacılar Liang Chengzhi ve Wang Daowen, Çin Bilimler Akademisi Mikrobiyoloji Enstitüsü'nden araştırmacı Qiu Jinlong, Sichuan Ziraat Üniversitesi'nden Ph.D. Qin Peng ve Minnesota Üniversitesi'nden Ph.D. Zhang Feng de katıldı. Araştırma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı ve Çin Bilimler Akademisi tarafından finanse edildi.
Şekil: (A) Deneysel süreç ve tasarım. (B) BE3, HF1-BE3 ve ABE sistemleri tarafından üretilen genom çapında C'nin karşılaştırılması > T SNV'lerin sayısı. (C) BE3, HF1-BE3 ve ABE sistemleri, genom C'nin her bir fonksiyonel bölgesinde bulunur. > T SNV'ler toplam C'yi hesaplar > T SNV'lerin oranı. (D) Yüksek transkripsiyon bölgesi C'de BE3, HF1-BE3 ve ABE sistemlerinin karşılaştırılması > T SNV'ler toplam C'yi hesaplar > T SNV'lerin oranı.
Kaynak: Genetik ve Gelişim Biyolojisi Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
