CRISPR로 수년에서 수주로 나무 번식 실험 축소

“포플러에서 일찍 꽃을 피우는 이전 방법은 일관성이 없고 노동 집약적이었습니다. 이것은 연구의 주요 장벽입니다.”라고 Georgia Research Alliance의 저명한 학자이자 Winfred N. “Hank” Haynes 교수인 Tsai가 말했습니다. “그러나 CRISPR을 사용하여 개화 억제 유전자를 편집하면 개화 기간을 7년 이상에서 3~4개월로, 1년 동안의 꽃 기관 발달 기간을 며칠로 단축할 수 있습니다.”

Tsai의 박사 후 연구원인 Ran Zhou는 이전에 버드나무와 포플러의 성별 결정에 대해 연구했습니다. 그의 통찰력을 사용하여 팀은 CRISPR로 암컷 포플러의 암컷 특정 성 스위치 유전자를 편집하기로 결정했습니다. 이것은 나무의 긴 번식 주기를 우회하는 조기 개화 시스템으로 가능하다고 그들은 추론했습니다. 몇 달 안에 Tsai와 그녀의 팀은 성공적인 성 전환을 나타내는 새로운 수꽃을 보았습니다.

이 방법은 식량 작물에 대한 연구에 비해 프로젝트가 수십 년이 걸릴 수 있는 나무 연구의 세계에서 게임 체인저가 될 수 있습니다. 나무가 꽃을 피우는 데 걸리는 시간을 단축함으로써 연구자들은 통제된 교배를 수행하고 관심 있는 특성을 보다 신속하게 평가할 수 있습니다. 예를 들어, 나무가 가뭄이나 극한의 온도를 더 잘 견디도록 돕는 특성을 더 짧은 시간 내에 테스트할 수 있습니다.

Tsai는 포플러 나무가 바이오 에너지 목질 작물로서의 잠재력과 에너지부에서 DNA를 완전히 매핑했기 때문에 실험에 사용되었다고 말했습니다. 일반적으로 포플러 나무의 성별을 관찰하려면 몇 년이 걸립니다.

“빠른 추적 개화 시스템은 다년생 목본 공급원료 종에서 빠른 주기 육종 및 빠른 주기 게놈 선택을 가능하게 하는 데 중요하고 시의적절합니다.”라고 Tsai는 말했습니다.

Tsai와 그녀의 팀은 또한 꽃 발달 과정에서 보너스를 관찰했습니다. 암컷 포플러는 트리모노에시(trimonoecy) 또는 같은 식물에서 수꽃과 암꽃을 가질 수 있는 능력이 있습니다. 일반적으로 포플러는 수컷과 암컷이 분리된 나무입니다. 그러나 Tsai의 Forest Functional Genomics Lab의 수석 연구원인 Maria Ortega는 개화가 가속화됨에 따라 팀이 연구한 포플러 암나무에서 수꽃 또는 완전한 수꽃과 암꽃의 비정상적인 발달을 관찰했습니다.

CRISPR 프로젝트는 연구원들이 꽃나무가 자라는 것을 관찰하면서 또 다른 놀라운 반전을 드러냈습니다.

하얗고 깃털 같은 부속지는 떨어질 때 골칫거리가 되거나 알레르기 환자에게는 악몽이 될 수 있습니다. 특정 결정성과 개화 유전자를 차단함으로써 Tsai의 팀은 솜털 같은 부착물이 거의 존재하지 않는다는 것을 발견했습니다.

그 과정은 더 많은 연구가 필요하지만 앞으로 알레르기 환자들에게 긍정적인 변화가 될 수 있습니다. “이것은 털이 없는 종자를 개발하기 위한 분자 기반을 제공하며, 이는 도시 지역이나 숲 전체에 알레르겐 확산을 줄일 수 있습니다.”라고 그녀는 덧붙였습니다.

종자 털의 변화는 그 과정을 확인하는 데 도움이 되었을 뿐만 아니라 나무가 어떻게 성숙하고 번식하는지 탐구할 수 있는 새로운 기회를 만들었습니다. Tsai는 새로운 가능성에 흥분한다고 말했습니다.

“이 작업은 기본 생식 특성에 대한 연구를 위한 많은 새로운 기회를 열었습니다.”라고 그녀는 말했습니다. “그리고 결과를 내기 위해 몇 년 또는 10년이 걸리는 무언가를 시작하는 것보다 더 짧은 기간은 학생들에게 그들 자신의 연구 프로젝트를 위한 더 많은 기회를 줄 수 있습니다.”