Platform yang cepat dan dapat diskalakan memungkinkan evolusi terarah dalam sel tumbuhan
Evolusi terarah adalah teknik laboratorium yang meniru seleksi alami dan memungkinkan ilmuwan untuk mengembangkan gen dan protein yang dienkodinya. Secara tradisional, teknik ini telah digunakan pada mikroba, sel mamalia, atau dalam tabung reaksi.
Berlangganan ke kaminewsletteruntuk pembaruan berita teknologi terbaru.
Sekarang, para peneliti yang dipimpin oleh Prof. Gao Caixia dari Institut Genetika dan Biologi Perkembangan (IGDB) Akademi Tiongkok untuk Sains (CAS) dan Prof. Qiu Jinlong dari Institut Mikrobiologi CAS telah mengembangkan sistem baru yang memungkinkan evolusi terarah yang cepat dan dapat diskalakan berbagai gen secara langsung dalam sel tumbuhan.
Platform baru ini, yang disebut Geminivirus Replicon-Assisted in Planta Directed Evolution (GRAPE), dilaporkan dalamSains.
Produksi pertanian modern memerlukan sumber genetik yang melimpah. Evolusi terarah dapat dengan cepat menghasilkan variasi genetik dengan sifat baru dan meningkatkan sifatnya. Namun, platform yang efisien untuk melakukan evolusi seperti ini secara langsung dalam sel tumbuhan masih kurang.
Tantangan utama adalah laju pembelahan sel yang lambat pada tumbuhan, yang membatasi kecepatan siklus seleksi dan penguatan variasi fungsional.
Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti memanfaatkan geminivirus—virus DNA tumbuhan yang mereplikasi DNA secara cepat dalam sel tumbuhan melalui replikasi lingkaran berputar (RCR), cara cepat untuk menyalin DNA sirkular.
Secara khusus, mereka menghubungkan replikasi replikon geminivirus buatan (DNA sirkular yang mampu mereplikasi melalui RCR) dengan fungsi spesifik dari variasi gen dalam sel tumbuhan. Variasi yang memiliki fungsi tertentu memicu replikon untuk bereplikasi, menciptakan salinan DNA yang lebih banyak, sehingga secara selektif memperkuat variasi tersebut.
Mengembangkan pendekatan ini, para peneliti mengembangkan GRAPE. Dalam platform ini, gen yang menjadi perhatian (GOIs) pertama-tama dimutasi secara in vitro dan variasi yang dihasilkan dimasukkan ke dalam replikon geminivirus buatan. Kemudian, perpustakaan replikon ini disampaikan ke daun Nicotiana benthamiana, di mana aktivitas gen yang diinginkan dikaitkan dengan replikasi virus.
Variasi yang mempromosikan replikasi diperkaya, sedangkan yang menghambat replikasi dikurangi. Siklus seleksi penuh dapat diselesaikan pada satu daun dalam empat hari.
Dengan GRAPE, para peneliti mengembangkan domain pengikat nukleotida yang mengandung leucine-rich repeat (NLR) reseptor imun NRC3 untuk menghindari penghambatan oleh efektor nematoda SPRYSEC15 sambil mempertahankan aktivitas imunnya.
Evolusi iteratif reseptor imun NLR padi Pikm-1 menghasilkan variasi yang merespons enam alel efektor Magnaporthe oryzae AVR-Pik, secara signifikan memperluas jangkauan pengenalannya. Strategi ini memungkinkan pengembangan sumber daya genetik yang bernilai untuk budidaya tanaman tahan penyakit.
Dibandingkan sistem berbasis mikroba sebelumnya, GRAPE menawarkan keunggulan yang jelas: Ia unggul dalam mengembangkan GOI yang bertanggung jawab atas fenotip spesifik tanaman (seperti ketahanan terhadap penyakit) atau memerlukan regulasi spesifik tanaman.
Selain itu, bekerja langsung dalam sel tanaman, menghilangkan kebutuhan untuk penyesuaian ulang. GRAPE dapat berkembang secara potensial setiap fungsi gen yang terkait secara fungsional dengan RCR. Di luar biologi tanaman, GRAPE juga menawarkan harapan untuk aplikasi yang lebih luas, seperti mengembangkan protease untuk memotong target tertentu untuk penelitian tanaman dan farmasi.
GRAPE menyediakan platform yang cepat, efisien, dan fleksibel yang dapat mempercepat biologi sintetik tanaman dan pemuliaan molekuler, membuka jalan baru untuk rekayasa tanaman dan meningkatkan keberlanjutan pertanian.
Informasi lebih lanjut:Replikon virus geminivirus yang dirancang memungkinkan evolusi terarah dalam tanaman secara cepat,Sains(2025).DOI: 10.1126/science.ady2167
Disediakan oleh Akademi Sains Tiongkok
Cerita ini pertama kali diterbitkan diBisakimia.
- IELTS Reading Practice Test: Full Passage, Questions, and Detailed Answers (High-Value Global Traffic) - February 9, 2026
- Platform yang cepat dan dapat diskalakan memungkinkan evolusi terarah dalam sel tumbuhan - February 9, 2026
- Kunci Jawaban IPAS Kelas 6 SD Halaman 50: Mengidentifikasi Bahaya Zat Berbahaya - February 9, 2026
Leave a Reply