Редактирование генов пшеницы, ячменя и кукурузы с использованием системы CRISPR/Cas | Wheat, barley and maize genes editing using the CRISPR/Cas system

Редактирование генов пшеницы, ячменя и кукурузы с использованием системы CRISPR/Cas | Wheat, barley and maize genes editing using the CRISPR/Cas system

2020

K. V. Strygina | E. K. Khlestkina | К. В. Стрыгина | Е. К. Хлесткина

unknown. Точное редактирование генов растительных организмов, обладающих сложными геномами, долгое время оставалось трудной задачей. Технология CRISPR/Cas, разработанная в последнее десятилетие, стала одним из наиболее предпочтительных инструментов для сайт-направленного мутагенеза генов растений и быстро заменила системы ZFN и TALEN. Однако, несмотря на то, что система CRISPR/Cas показала себя как эффективный инструмент модификации генома диплоидных видов, её применение для таких организмов, как злаки, обладающих сложными и, в случае мягкой пшеницы, полиплоидными геномами, осложняется рядом препятствий. В данном обзоре собраны основные результаты, полученные при использовании системы CRISPR/Cas на хозяйственно ценных злаках – мягкой пшенице Triticum aestivum L., ячмене Hordeum vulgare L. и кукурузе Zea mays L., структура генома которых увеличивает вероятность появления нецелевых мутаций и снижает специфичность редактирования. С каждым годом количество методических публикаций по направленному мутагенезу данных культур, нацеленных на оптимизацию и улучшение работы системы CRISPR/Cas, экспоненциально увеличивается, а эффективность редактирования достигает 100% для кукурузы и ячменя. Экспериментальные статьи, главным образом, направлены на улучшение хозяйственно ценных признаков растений, таких как повышение урожайности, питательной ценности и появление устойчивости к заболеваниям и гербицидам. Улучшение растений также связано с редактированием генов, влияющих на контроль опыления, который используется в гибридной селекции. Это создаёт предпосылки к созданию новых селекционных форм и к насыщению уже имеющихся сортов кукурузы, ячменя и пшеницы необходимыми свойствами.

Show more [+]

Less [-]

unknown. Precise editing of the genes of plant organisms with complex genomes has long been a difficult task. The CRISPR/Cas technology developed in the last decade has become one of the preferred tools for site-directed mutagenesis of plant genes and has quickly replaced the ZFN and TALEN systems. However, while the CRISPR/Cas system has proven to be an effective tool for modifying the genome of diploid species, its application to organisms such as cereals with complex and, in the case of common wheat, polyploid genomes is complicated by a number of obstacles. This review summarizes the main results obtained using the CRISPR/Cas system in such economically valuable cereals as common wheat Triticum aestivum L., barley Hordeum vulgare L., and maize Zea mays L., the genome structure of which increases the probability of the emergence of non-target mutations and reduces the specificity of editing. Every year the number of methodological publications on the directed mutagenesis of these crops, aimed at optimizing and improving the performance of the CRISPR/Cas system, increases exponentially, and the editing efficiency reaches 100% for maize and barley. The experimental articles are mainly aimed at improving the economically important traits of plants, such as improved yields, nutritional value and resistance to diseases and herbicides. Plant improvement is also associated with editing genes that affect pollination control, which is used in hybrid breeding. This creates the prerequisites for the creation of new maize, barley and wheat varieties, and for the saturation of existing ones with the necessary properties.

Show more [+]

Less [-]

Bibliographic information

Other Subjects

Grain quality; <i>zea<; <i>triticum<; <i>hordeum<; Повышение урожайности; Направленный мутагенез; I>; Качество зерна; Targeted mutagenesis; Период покоя семян; Yield increase

License

Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).. Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).

Corporate Author

The present paper was supported by RFFI (No. 18-416-543007).

Данная статья подготовлена при поддержке РФФИ (№ 18-416-543007).