A CRISPR genomszerkesztéssel ciánmentes maniókát készítünk

Az IGI kutatói a CRISPR segítségével módosítják a maniókát, hogy biztonságosabbá és könnyebben fogyaszthatóvá tegyék.

Michael Gomez kolumbiai családjával maniókát evett. Most a génjeit szerkeszti.

“Gyerekkoromban “yuca”-ként ismertem. Nagy része volt az étrendünknek. Amikor lehetőségem nyílt egy olyan növényen dolgozni, amelyet rendszeresen fogyasztottam a családommal, úgy gondoltam, hogy ez egy nagyszerű lehetőség” – mondja Gomez, aki az IGI Staskawicz Laboratóriumának posztdoktorandusza.

A maniókát sokféleképpen nevezik: yuca, manióka, muhogo, tápióka. A manióka gumós gyökeréből származó keményítőből készülnek a rágós gyöngyök a boba teában, a pacal a tápióka pudingban, és számos gluténmentes termékben is megtalálható. Világszerte az egyik legfontosabb gyökérnövény.

“A világon körülbelül egymilliárd ember él kalóriaforrásként a maniókára támaszkodva, köztük az afrikaiak mintegy 40 százaléka. A manióka az Egyesült Államokban nem igazán számít alapélelmiszernek, de a világ számos részén, különösen a trópusokon hihetetlenül fontos termény” – mondja Jessica Lyons, az IGI manióka génszerkesztési projektjének vezető kutatója.

A manióka fontos, de egy beépített problémával is jár, ami az IGI csapatát arra ösztönözte, hogy dolgozzon rajta: a cianiddal. A maniókagyökerek természetes módon termelik a cianid előanyagát. Idővel a cianid fogyasztása olyan hatásokkal járhat, amelyek a finom kognitív problémáktól a konzóig terjednek, egy súlyos betegségig, amelyet a lábak hirtelen és visszafordíthatatlan bénulása jellemez.

A megfelelő feldolgozással a cianid eltávolítható a maniókából, de sok ember nem megfelelően feldolgozott maniókát fogyaszt. Ez különösen Afrika szubszaharai részén jelent problémát, ahol szárazság, éhínség és instabilitás tapasztalható. A mérgezés hatásai rosszabbak ott, ahol az emberek nem jutnak könnyen fehérjéhez az étrendjükben, ami segít a cianid méregtelenítésében és enyhíti annak hatásait.

Az egészségügyi hatásokon túlmenően a cianidnak a maniókából való eltávolításához szükséges feldolgozás olyan teher, amely főként a nőkre hárul. Az ipari feldolgozás egyrészt energiaigényes, másrészt cianiddal szennyezett szennyvizet termel.

“Ha eleve meg tudjuk akadályozni a cianidtermelést, az sokkal gyorsabbá és könnyebbé teheti a feldolgozást a családok és elsősorban a munkát végző nők számára” – mondja Lyons.

Genomszerkesztés a maniókában

A cianidmentes manióka megvalósítása érdekében Lyons, Gomez és az IGI kutatócsoportja CRISPR genomszerkesztéssel blokkolja a cianidtermelést.

“Először a Missouri állambeli St. Louisban található Danforth Plant Science Centerrel együttműködve alkalmaztuk a CRISPR-t a Kelet- és Közép-Afrikában előforduló problémás betegséggel, a manióka barna csík betegséggel szembeni rezisztencia kialakítására” – mondja Gomez. “A CRISPR segítségével két specifikus gént céloztunk meg, és kimutattuk a tünetek súlyosságának és előfordulásának csökkenését.”

“Amikor keresztezést végzünk, az olyan, mintha az összes tulajdonságot, jót és rosszat egyaránt, a levegőbe dobnánk, és nem tudjuk ellenőrizni, mit kapunk… A CRISPR sokkal, sokkal gyorsabb, mint a hagyományos nemesítés, és pontos.”

A cianidra való áttérés logikus következő lépés volt az IGI csapata és a Danforth Center munkatársai számára. A cianid bioszintézisének útját a maniókában már jól ismerték, ami a genomszerkesztés útitervét biztosította. Emellett más kutatók kimutatták, hogy lehetséges beavatkozni ebbe az útvonalba az RNS-interferencia (RNAi) nevű technikával, és mérhetően csökkenteni a cianidszintet.

“A genomszerkesztés tisztább, mint az RNAi. Teljes kiütést biztosít, és olyan változást hoz létre a genomban, amely stabil és örökölhető” – mondja Lyons.”

A hagyományos nemesítési technikák elméletileg képesek lennének a cianid eltávolítására – bár ez a több mint 7000 éves háziasítás során még nem történt meg. A nemkívánatos tulajdonságok nemesítésének egyik kihívása az, hogy a maniókát általában dugványozással termesztik, így az anyanövény klónjait hozzák létre. A hagyományos megközelítés a kívánatos tulajdonságokkal rendelkező növények keresztezését és az utódok magról történő termesztését jelenti.

“A manióka nemesítése hosszú időt vesz igénybe, és a növények nem mindig egyszerre virágoznak. Amikor keresztezünk, az olyan, mintha az összes tulajdonságot, a jót és a rosszat is, a levegőbe dobnánk, és nem tudjuk ellenőrizni, hogy mit kapunk az utódokban. A CRISPR sokkal, de sokkal gyorsabb, mint a hagyományos nemesítés, és precíz” – mondja Lyons.

Mi következik a manióka számára

Amikor az IGI csapata a maniókával kapcsolatos munkájukról beszél, gyakran feltesznek nekik egy kulcsfontosságú kérdést:

“Szerepet játszhat a növényevő állatok elleni védekezésben, elriasztva egyes rovarokat és állatokat. Sok kártevő azonban úgy fejlődött ki, hogy tolerálja ezt a toxint, sőt egyesek még vonzódnak is hozzá. Mennyire fontos a kártevők ellenállása szempontjából? Az útvonal kiiktatásával most már van módunk arra, hogy tudományosan tanulmányozzuk a cianid szerepét” – mondja Gomez.

A cianidmentes maniókafajta még jó ideig nem lesz elérhető a gazdák számára. Először terepi vizsgálatokra lesz szükség az afrikai partnerszervezetekkel, és a kutatás nem áll meg egyetlen fajtánál.

“A világ különböző részein a gazdák az íz, a korai érés, a magas terméshozam stb. miatt dönthetnek úgy, hogy egy fajtát termesztenek egy másik helyett. Szeretnénk megőrizni ezt a sokszínűséget” – mondja Lyons. “A genomszerkesztésben az a csodálatos, hogy kifejleszthetjük a módszert, és aztán más fajtákra is alkalmazhatjuk. Létrehozzuk a platformot, és aztán kiterjeszthetjük más, a gazdák által preferált fajtákra.”

Köszönjük a CropLife Internationalnek és az Amerikai Vetőmagkereskedelmi Szövetségnek, hogy a fenti videóban bemutatták ezt a kutatást.