Genredigering fremtidens metode for eplesortsforedling? · med et gen fra samme art, eller en...

Norwegian University of Life SciencesGenetic transformations 1

Genredigering – fremtidens

metode for

eplesortsforedling?

Professor Trine Hvoslef-Eide

Institutt for plantevitenskap (IPV)

Fakultet for livsvitenskap (BioVit)

NMBU

Oversikt over hva jeg skal

snakke om • Innledning

• Bakgrunnskunnskap

• Planteforedling

• Moderne planteforedling

–Transformasjoner

– Genredigering

• Genkonstruksjoner

• Fordeler og ulemper ved

ulike metoder i bruk

• Reguleres av

Genteknologiloven (eller

ei?)

Norwegian University of Life SciencesTittel på presentasjon 2

GENE TECHNOLOGY 3

Foredling – består av tre steg:

• Skape variasjon

• Selektere (velge) de beste individene

• Oppformere de beste individene

Tradisjonell foredling

Teknikker brukt i foredling

•Kryssinger

•Seleksjon

•Mutasjonsforedling

•Polyploidisering

•Kryssinger på tvers av arter

Conventional breeding Mutation breeding

Podevin et al., 2012

• En mutasjon skjer i

EN celle (1)

• Gjennom

celledelinger blir det

en sektor (2, 3, 4, 5)

• Deretter kan det

vokse ut et skudd fra

denne sektoren

• Ved å ta stiklinger

kan man få en ny sort


Gravenstein

•Ukjent opphav

• Triploid sort

• Sannsynligvis fra Italia

eller Tyskland

•Danmark i 1669

•Norge i 1792, plantet

av Johannes

Pedersen Aga

Norwegian University of Life SciencesGenredigering 6

Genredigering7

Moderne foredling – hva er

det?

• Genetisk modifisering

• Genmanipulering

• Genteknologi

DEFINISJON:

• Varig (nedarvbar) introduksjon av transgen(e) inn i plantens genom (samlede genetiske informasjon)

• GMO er resultatet

Genetic transformation

Cisgene planter er genetisk modifisering av en plante

med et gen fra samme art, eller en nærstående art

som kan krysses og danne avkom.

Genet styres av sin egen promoter og stoppsekvens.

Transgene planter er genetisk modifisering av en

plante med et gen fra en annen art, slekt, familie eller

rike.

Genet er oftest satt sammen av promoter, markørgen,

genet av interesse og stoppsekvens.

Podevin et al., 2012

Transgenesis Cisgenesis

Teknikken bygger på hvordan

DNA er bygget opp

• Består av bare fire ulike

baser – den genetiske

koden

• Disse danner par: A-T og

C-G

• DNA blir oversatt til RNA:

som også bare har fire

baser (A, C, U G) som

leses i tripletter som koder

for aminosyrer, som i

lange kjeder blir proteiner

Norwegian University of Life SciencesGenredigering 9

GENE TECHNOLOGY 10

GM metoder vi bruker på NMBU

• Agrobacterium tumefasciens

• Genkanon

• Elektroforese

Agrobacterium tumefaciens, a common bacteria in soil is a

Specialist in DNA transfer. This bacteria will transfer some of its

own DNA (T-DNA) into the plant cells and cause Crown gall

disease

GENE TECHNOLOGY 12

Første godkjent GM plante i

Norge for forsøk

GENE TECHNOLOGY 13

Muligheter med

gentransformasjoner i planter

• Studere genfunksjon(er)

–Overuttrykke

–Undertrykke (genforstumming)

– Introdusere nye gener

Bruke GMO i planteforedlingen

Ved å endre en eller få gener og beholde resten av

genomet intakt

– viktig direkte i vegetativt formerte vekster

• eple og andre klonformerte frukt og bær

- Indirekte også for frøformerte vekster ved at nye

gener blir tilgjengelig for innkryssing i genbasen


Nye muligheter – genredigering

CRISPR

• I 2012 ble det publisert en metode som går under navnet

CRISPR


Oppdagelsen av

CRISPR/Cas9

• Oppdagere

–Jennifer Doudna, Berkeley

–Emmanuelle Charpentier, Umeå

• Grunnforskning

• Publisert i Science, 2012

Norwegian University of Life SciencesCRISPR/Cas9 16

CRISPR/Cas9 publikasjoner


2015 – 1227

2016 – 2404

2017 – pr 15.3. 1701 x 5 = 8505

Planter totalt pr

15.32017

240

Bakgrunn for metoden

• Hvordan bekjemper bakterier virusinfeksjoner?

• Adaptivt immunsystem

–Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic

Repeats

–Resistent mot bakteriofager og plasmider

–Ødelegger viralt DNA

• Ekstremt vanlig

–40% of bakterier

–90% of arker


Systemoversikt


Genom redigering

• Presisjon!

• «Billig»

• «Lett»

• Multiplex


Steg i bruk CRISPR/Cas9 i

planter

• Finn ut hva du ønsker:

–Enkel nukleotid endring eller tilsetting av DNA?

• Finn ut hvor du vil ha det gjort

–Eks. slå ut ett gene? Eller et brudd som ikke er

skadelig?

• Finn ut hvordan du vil sette den inn

–Metode for å sette inn CRISPR i planten

• Seleksjon av den transformerte/muterte planten(e)

–PCR screening eller sekvensering


Bruker de samme

overleveringsmekanismene som andre

genteknologimetoder

• PEG-protoplast transfeksjon

• Blad agro-infiltrasjon

• Genkanon

• Agrobacterium-transformasjon


Mulige bruksområder

• Genterapi

• Bekjempe infeksjoner (HIV)

• Øke avlinger

• Sette uønskede gener ut av spill

• Gendrivere


Real life examples

• CRISPR-delivery systems

• DNA repair

• Removal of integrated HIV

• Protocols for Arabidopsis, rice, wheat

– Wheat resistant to powdery mildew


Human embryo


• China

–β-thalassaemia

• Fatal blood disorder

–86 embryos tested

• Fertilized by two sperm

• 71 survived

–Ended after 48 hours

• England

–Licence to edit genes

in human embryos

Etiske betenkeligheter

• Sideeffekter

• Bioterrorisme

• Biologisk eierskap

• Horisontal genoverføring

• Manipulation av kjønnsceller

–Gendrivere?


Verdens første CRISPR måltid

Umeå i Sverige – august 2016


Stefan Jansson

DNA-Free Genetically Edited Grapevine

and Apple Protoplast Using CRISPR/Cas9

Ribonucleoproteins – Malnoy et al, 2016

Front Plant Sci. 2016; 7: 1904.

Published online 2016 Dec 20. doi: 10.3389/fpls.2016.01904

Hva vil dere gjøre i eple???

Genredigering fremtidens metode for eplesortsforedling? · med et gen fra samme art, eller en...

Documents

Transcript of Genredigering fremtidens metode for eplesortsforedling? · med et gen fra samme art, eller en...