Projekti / Programi
Preurejanje genomov izbranih vrst rodu Brassica s tehnologijo CRISPR/Cas9
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.03.00 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B225 |
Biomedicinske vede |
Rastlinska genetika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
CRISPR/Cas9, Brassica, preurejanje genomov, sekvenciranje naslednje generacije, odpornost na bolezni, CENH3, tarčna mutageneza, NHEJ, HDR
Raziskovalci (13)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
09565 |
dr. Borut Bohanec |
Biotehnologija |
Upokojeni raziskovalec |
2018 - 2022 |
592 |
| 2. |
50811 |
Tjaša Cesar |
Rastlinska produkcija in predelava |
Tehnični sodelavec |
2018 - 2020 |
13 |
| 3. |
53354 |
Petra Dekleva |
|
Tehnični sodelavec |
2019 - 2020 |
8 |
| 4. |
17787 |
Viktorija Dolenc |
|
Tehnični sodelavec |
2018 - 2019 |
0 |
| 5. |
31143 |
Nataša Hren |
|
Tehnični sodelavec |
2018 - 2019 |
0 |
| 6. |
28881 |
dr. Karolina Ivičak Kocjan |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2018 - 2020 |
54 |
| 7. |
06628 |
dr. Roman Jerala |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 - 2022 |
1.189 |
| 8. |
24413 |
dr. Jana Murovec |
Biotehnologija |
Vodja |
2018 - 2022 |
169 |
| 9. |
53734 |
Peter Pečan |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2020 - 2022 |
17 |
| 10. |
50616 |
Arne Praznik |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 - 2022 |
35 |
| 11. |
52178 |
Miha Slapnik |
Rastlinska produkcija in predelava |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
19 |
| 12. |
38120 |
dr. Ester Stajič |
Rastlinska produkcija in predelava |
Mladi raziskovalec |
2018 - 2020 |
42 |
| 13. |
54400 |
Sinja Svetik |
Biotehnologija |
Tehnični sodelavec |
2020 - 2022 |
0 |
Organizacije (2)
Povzetek
IZHODIŠČE
Rod Brassica je sestavljen iz številnih vrst in podvrst, od katerih se za prehrano ljudi in živali uporabljajo poganjki, listi, korenine, koreni ali semena. Vegetativni deli rastlin se uporabljajo predvsem sveži, medtem ko se semena predelajo v olja, pogače, moko, beljakovine ali začimbe. V procesu udomačitve in žlahtnjenja vrst so nastali številni agronomsko pomembni morfotipi, tako vrsta B. oleracea danes obsega sorte zelja, ohrovta, kodrolistnega ohrovta, brstičnega ohrovta, kolerabe, brokolija, cvetače; vrsta B. rapa obsega sorte pak choi, kitajskega zelja, strniščne repe in oljnih sort. Vrsta B. napus je alopoliploid, ki je nastal s križanjem vrst B. oleracea in B. rapa in kasnejšo podvojitvijo genoma. Tudi pri vrsti B. napus poznamo številne morfotipe, od katerih je najpomembnejša oljna ogrščica, saj po pridelani količini predstavlja kar tretjo najpomembnejšo oljnico na svetu.
Kljub temu, da so vrste rodu Brassica zelo pomembne tako ekonomsko kakor v prehrani ljudi in živali, najnovejši biotehnološki pristopi namenjeni njihovemu žlahtnjenju še niso bili razviti. V zadnjih letih je sicer bilo objavljenih nekaj člankov o preurejanju genomov, vendar so vse raziskave temeljile na vnosu DNA ekspresijskih vektorjev s pomočjo stabilne transformacije z bakterijo A. tumefaciens. Uporaba transgeneze v procesu žlahtnjenja rastlin lahko predstavlja precejšnjo oviro pri kasnejšem sproščanju novo nastalih sort, še posebej v državah, kjer imajo regulacijo GSO vezano na postopek.
Zato menimo, da je potrebno razviti nove metode za preurejanje genomov vrst rodu Brassica, ki ne bodo temeljile na vgradnji heterologne DNA v rastlinski genom. V tem oziru se nam zdijo ribonukleoproteinski kompleksi Cas9 in sgRNA (RNPji) sistema CRISPR/Cas9 optimalna rešitev.
RNPji imajo v primerjavi z ostalimi ekspresijskimi metodami to prednost, da omogočajo tarčno mutagenezo brez uporabe DNA, kar je uporabno predvsem za aplikativne namene v kmetijstvu. Poleg tega uporaba Cas9 encima skupaj z ustrezno sgRNA zmanjša pojavnost ne-tarčnih razrezov DNA (in z njimi povezanih ne-tarčnih mutacij), kar je še vedno glavna pomanjkljivost metode CRISPR/Cas9 v primerjavi s starejšimi metodami (meganukleaze, TALEN in ZFN).
NAMEN
Glavni cilj projekta je razvidi metode preurejanja genomov vrst rodu Brassica, ki bodo temeljile na vnosu RNPjev v protoplaste in mikrospore ter regeneraciji rastlin iz teh celic.
VPLIV
Projekt bo združeval temeljne znanstvene raziskave in aplikacijo pridobljenih rezultatov v kmetijstvu. Pričakovani rezultati bodo vplivali na implementacijo najsodobnejših tehnologij v področji žlahtnjenja rastlin in rastlinske biotehnologije in bodo pomembno prispevali k njunem nadaljnjem razvoju, saj bomo prvič:
1. Uporabili ribonukleoproteinske komplekse encima Cas9 in sgRNA (RNPje) za preurejanje genomov katerekoli vrste rodu Brassica.
2. Uporabili RNPje za preurejanje haploidnih gamet (mikrospor) katerekoli rastlinske vrste.
3. Uporabili RNPje skupaj z matrično DNA za spodbujanje popravljanja DNA s homologno rekombinacijo (HDR) pri rastlinah.
4. Vnašali RNPje v rastlinske celice (protoplaste in mikrospore) z dvema izvirnima metodama: z dostavnimi peptidi (CPP) in/ali z elektroporacijo.
5. Uporabili tehnologijo CRISPR/Cas9 za razvoj zelja odpornega na Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) (Pammel) Dowson.
6. Uporabili tehnologijo CRISPR/Cas9 za spreminjanje kinetohornega proteina CENH3.
SKUPINA
Projekt je zasnovan kot sodelovanje priznanih znanstvenikov z dokazanimi izkušnjami (objavami) iz komplementarnih področij povezanih s temo projekta. Izmenjava znanj, metod in znanstvenih pristopov bo omogočila nove perspektive in rešitve ter tako razvoj vključenih znanstvenih področij. To sodelovanje obeta odlične znanstvene rezultate in tehnološke rešitve, ki lahko pripeljejo do patentne prijave.
Pomen za razvoj znanosti
Projekt bo združeval temeljne znanstvene raziskave in aplikacijo pridobljenih rezultatov v kmetijstvu. Pričakovani rezultati bodo vplivali na implementacijo najsodobnejših tehnologij v področji žlahtnjenja rastlin in rastlinske biotehnologije in bodo pomembno prispevali k njunem nadaljnjem razvoju, saj bomo:
1. Uporabili ribonukleoproteinske komplekse encima Cas9 in sgRNA (RNPje) za preurejanje genomov katerekoli vrste rodu Brassica.
2. Uporabili RNPje za preurejanje haploidnih gamet (mikrospor) katerekoli rastlinske vrste.
3. Uporabili RNPje skupaj z matrično DNA za spodbujanje popravljanja DNA s homologno rekombinacijo pri rastlinah.
4. Vnašali RNPje v rastlinske celice (protoplaste in mikrospore) z dvema izvirnima metodama: z dostavnimi peptidi (CPP) in/ali z elektroporacijo.
5. Uporabili tehnologijo CRISPR/Cas9 za razvoj zelja odpornega na Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) (Pammel) Dowson.
6. Uporabili tehnologijo CRISPR/Cas9 za spreminjanje kinetohornega proteina CENH3.
Projekt je zasnovan kot sodelovanje priznanih znanstvenikov z dokazanimi izkušnjami (objavami) iz komplementarnih področij povezanih s temo projekta. Izmenjava znanj, metod in znanstvenih pristopov bo omogočila nove perspektive in rešitve ter tako razvoj vključenih znanstvenih področij. To sodelovanje obeta odlične znanstvene rezultate in tehnološke rešitve, ki lahko pripeljejo do patentne prijave.
Pomen za razvoj Slovenije
The project will combine basic science with a final application in horticulture. The results of the proposed project will have an impact on the implementation of cutting-edge technology in the fields of plant breeding and plant biotechnology and will have a substantial impact on their further development, as we plan to be the first to:
1. Use Cas9-sgRNA ribonucleoprotein complexes (RNPs) for genome editing of any Brassica species.
2. Use RNPs for genome editing of haploid gametes (microspores) of any plant species.
3. Use RNPs in combination with donor DNA for induction of homology-dependent repair (HDR) in plants.
4. Introduce RNPs into plant cells (protoplasts and microspores) by two innovative approaches: with the use of cell penetrating peptides (CPPs) and electroporation.
5. Use CRISPR/Cas9 for development of cabbage plants resistant to Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) (Pammel) Dowson.
6. Use CRISPR/Cas9 for alteration of the kinetochore protein CENH3.
The project is conceived as a collaboration of distinguished scientist with proven track record relevant to this project, belonging to different complementary scientific fields. The exchange of the knowledge, methods and scientific approaches will provide new perspectives and solutions that have not been addressed so far, thus enabling further development of involved scientific fields. This collaboration promises excellent scientific results and technical solutions with possibility of international patent application.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
