Multiple approaches for CRISPR-based targeting of DNA methylation to promoters of bacterial and viral susceptibility genes in cassava

Immaginate le piante di manioca come una città frenetica. Per mantenere questa città al sicuro, ci sono guardie di sicurezza (il sistema immunitario della pianta) e porte specifiche (i geni) che controllano l'accesso. Sfortunatamente, alcuni malintenzionati — come i batteri che causano il Disseccamento Batterico della Manioca e il virus che causa la Malattia Striata Marrone della Manioca — hanno trovato le chiavi master di queste porte. Una porta specifica, chiamata MeSWEET10a, è un ingresso VIP di cui i batteri hanno assolutamente bisogno per entrare e causare danni.

In questo studio, gli scienziati hanno provato un nuovo modo per chiudere queste porte senza abbattere l'intero edificio. Invece di usare le tradizionali "forbici CRISPR" per tagliare e cancellare il gene (che è come demolire interamente la porta), hanno usato uno strumento più delicato e recente: l'editing epigenomico basato su CRISPR.

Pensate al DNA della pianta come a un lungo manuale di istruzioni. Di solito, la pianta legge le istruzioni per la porta "MeSWEET10a" ad alta voce e chiaramente. Gli scienziati hanno usato due diversi tipi di "evidenziatori" (enzimi specializzati chiamati metiltransferasi) attaccati allo strumento CRISPR. Il loro obiettivo era evidenziare le istruzioni per la porta MeSWEET10a in modo da dire alla pianta: "Ignora questa pagina; non leggerla".

Ecco cosa è successo quando hanno testato questo nelle piante di manioca:

• L'evidenziazione ha funzionato: Entrambi gli strumenti di evidenziazione hanno aggiunto con successo uno strato di "nastro adesivo molecolare" (metilazione del DNA) sopra il manuale di istruzioni per il gene MeSWEET10a. Questo nastro ha agito come un tasto "mute", abbassando il volume del gene.
• Le porte sono rimaste chiuse: Poiché il gene era silenziato, i batteri non potevano trovare il loro ingresso VIP. Di conseguenza, le foglie infette non mostravano i soliti sintomi di "imbibizione" (che fanno sembrare le foglie come se stessero marcendo o assorbendo troppa acqua). Le piante erano molto più brave a combattere i batteri.
• Doppio compito: Gli scienziati non si sono fermati a una sola porta. Hanno usato anche questa tecnica di evidenziazione su altre due porte che il Virus della Malattia Striata Marrone della Manioca ama utilizzare. Sono riusciti ad applicare il "nastro mute" su tutti e tre i bersagli contemporaneamente.
• Il sistema del semaforo: I ricercatori hanno notato una relazione tra la loro evidenziazione e i semafori naturali della pianta. Quando hanno aggiunto il loro "nastro mute" (metilazione), i segnali di "luce verde" della pianta (chiamati marchi H3K4me3) sono scomparsi. È come se mettere un cartello "Vietato l'Ingresso" su una porta spegnesse automaticamente il segnale di "Via libera".
• La questione dell'ereditarietà: Infine, hanno controllato cosa accadeva quando le piante avevano una generazione di "figli". Hanno scoperto che il "nastro mute" veniva trasmesso alla generazione successiva, ma era un po' instabile. Senza lo strumento di evidenziazione originale costantemente presente per riapplicare il nastro, l'effetto "mute" iniziava a svanire e le istruzioni venivano lette di nuovo.

In breve: Gli scienziati hanno utilizzato con successo un "evidenziatore molecolare" per silenziare i geni specifici di cui i batteri e i virus che causano malattie hanno bisogno per infettare la manioca. Questo ha reso le piante più resistenti alle malattie, ma la protezione dipende dal fatto che lo strumento rimanga attivo, poiché l'effetto di "silenziamento" non è perfettamente stabile una volta rimosso lo strumento.