Prof. Dr. Jens Boch, Dingbo Zhang,
Leibniz Universität Hannover, Institut für Pflanzengenetik Abt. II
Die Genomeditierung (Genome Editing) über CRISPR/Cas ist eine spannende Technologie für die moderne Züchtung von Kulturpflanzen. Die Technologie ist viel präziser als jede andere Züchtungsmethode und eröffnet neue Möglichkeiten, die Sicherheit von Lebensmittelpflanzen endlich zu verbessern. Unser Ziel ist es, Allergene aus Erdnuss und Senf zu entfernen, die für Allergiker hochgefährlich sein können.
Bei Erdnuss (Arachis hypogaea) ist das 7S-Globulin Ara h 1 ein allergenes Samenspeicherprotein. Da die Erdnuss eine allotetraploide Pflanze ist, existieren in ihrem Genom vier Genkopien. Auch im Senf (Brassica juncea) ist das 2S-Albumin Bra j 1 ein allergieauslösendes Samenspeicherprotein mit vier Genkopien. Um das allergene Potential zu entfernen, müssen alle Genkopien modifiziert werden.
Genomeditierung in Erdnuss und Senf
Die Wissenschaft der Genomeditierung entwickelt sich rasend schnell, und jedes Jahr werden mehrere neue Technologien verfügbar. Wir verwenden ein flexibles und modulares Klonierungssystem (MoClo), um neue Werkzeuge einfach in unser Repertoire aufzunehmen. Das klassische CRISPR/Cas9-System wird verwendet, um die kodierenden Regionen von ara h 1 und bra j 1 aus Erdnuss bzw. Senf vollständig zu entfernen (zu deletieren) oder um kurze Frameshift-Mutationen auszulösen, die die Bildung des Proteins verhindern. Zur Deletion der Gene werden flankierend zu jedem Gen vier verschiedene sgRNAs gleichzeitig verwendet. Für Punktmutationen wird dagegen nur eine sgRNA benötigt, was die Erzeugung von Pflanzen für weitere Untersuchungen erleichtert und beschleunigt. Eine vollständige Deletion führt schließlich zu sichereren Pflanzen, da alle allergieauslösenden Bestandteile entfernt werden. Als alternativer Ansatz können sogenannte Baseneditoren (“base editors”) präzise einzelne DNA-Basen so verändern, dass eine oder mehrere Aminosäuren, z.B. innerhalb der im Projekt 1.1 identifizierten allergenen Epitope, verändert werden, um das allergene Potenzial der Erdnuss- und Senfproteine zu senken.
Bislang haben wir alle Tools etabliert, mehrere sgRNA-Kandidaten getestet und die aktivsten für die Genom-Editierung in Erdnuss und Senf ausgewählt. Wir konnten gewünschte Deletionen in Erdnussprotoplasten und Frame-Shift-Mutationen in Senfpflanzen erzeugen. Derzeit etablieren und analysieren wir in Zusammenarbeit mit Projekt 2 Editierungs-ereignisse in ganzen Pflanzen.