TALE-System für Koexpression mehrerer Gene in Reis entwickelt.
Die zeitlich und örtlich gezielte Koexpression mehrerer Transgene in der Pflanze scheitert oft an der begrenzten Verfügbarkeit von Promotorsequenzen, die nur in bestimmten Gewebetypen und/oder in bestimmten Entwicklungsstadien aktiv sind. IPB-Wissenschaftler haben als Teil eines internationalen Expertenteams zwei verschiedene Expressionssysteme für den Einsatz in Reis entwickelt, die auf designten transkriptionsaktivator-ähnlichen Effektoren (dTALES) und den entsprechenden synthetischen TALE-aktivierten Promotoren (STAPs) basieren. Die Systeme ermöglichen die gezielte Aktivierung mehrerer Transgene, wobei der Startpunkt der Expressionskette immer ein einziger Promotor ist, der die Expression des dTAL-Effektors antreibt, welcher wiederrum verschiedene STAPs und damit die Transkription der dahintergeschalteten Transgene aktiviert. Die Tauglichkeit der eingesetzten dTALE- und STAP-Sequenzen wurde von den Wissenschaftlern anhand der Expression von verschiedenen Reportergenen in stabilen transgenen Reislinien getestet. Dabei konnten sie klare Zusammenhänge zwischen dTALE- und STAPs-Sequenzen und den entsprechenden Transkriptmengen aufzeigen. Ganz perfekt funktioniert das Transkriptionsaktivierungssystem noch nicht: Die dTALE-Expression der Transgene führte auch zu Off-Target-Aktivierungen pflanzeneigener Gene, aber in wesentlich geringerem Ausmaß, als bei herkömmlichen Transformationsmethoden. Daher wird das dTALE-STAP System als leistungsstarker Ansatz zur Feinregulierung der Expression mehrerer Transgene betrachtet.
Die Arbeiten erfolgten im Rahmen des C4 Rice Projects, in dem Forscher aus sieben renommierten Forschungseinrichtungen in England, Australien, Taiwan, Deutschland und Amerika an der Etablierung neuer Technologien zur Entwicklung ertragreicher Reissorten mitwirken. Ambitioniertes Ziel der Gemeinschaft ist es, die Effizienz der Photosynthese der C3-Pflanze Reis zu steigern, indem man die Gene für die C4-Photosynthese oder Teile davon in die Pflanze integriert. C4-Arten wie Mais, Hirse und Zuckerrohr verfügen in heißen und trockenen Klimazonen über eine bessere Kohlenstoffassimilation und höhere Temperaturtoleranz als C3-Pflanzen, die wie Weizen, Roggen, Gerste und Hafer eher in gemäßigten Klimazonen erfolgreich angebaut werden. Das C4 Rice Project zählt zu den großen wissenschaftlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Das IPB ist seit 2019 Mitglied im Projekt.
Originalpublikation:
Florence Danila, Tom Schreiber, Maria Ermakova, Lei Hua, Daniela Vlad, Shuen-Fang Lo, Yi-Shih Chen, Julia Lambret Frotte, Anna S. Hermanns, Benedikt Athmer, Susanne von Caemmerer, Su-May Yu, Julian M. Hibberd, Alain Tissier, Robert T. Furbank, Steven Kelly & Jane A. Langdale. A single promoter-TALE system for tissue-specific and tuneable expression of multiple genes in rice. Plant Biotechnol J 2022 doi: 10.1111/pbi.13864.
