Desenvolvimento de uma plataforma para avaliação rápida e eficiente de ferramentas de edição genômica baseadas em CRISPR/Cas em células vegetais

• Processo: 22/09418-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisador Visitante - Internacional
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2024
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Vegetal
• Pesquisador responsável: Ricardo Augusto Dante
• Beneficiário: Ricardo Augusto Dante
• Pesquisador visitante: Sofya Gerasimova
• Instituição do Pesquisador Visitante: Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (SB RAS), Rússia
• Instituição Sede: Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 16/23218-0 - Centro de Pesquisa em Genômica Aplicada às Mudanças Climáticas, AP.PCPE
• Assunto(s): CRISPR-Cas9 Edição de RNA Mutagênese Células vegetais Intercâmbio de pesquisadores
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Base Editing | Cas12a | maize | prime editing | protoplast | Genômica e Biotecnologia

Resumo

A edição genômica é uma tecnologia inovadora que permite a modificação direcionada das características de espécies agrícolas. Os métodos de edição de primeira geração baseados em "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated proteins" (CRISPR/Cas) têm alta eficiência na mutagênese direcionada de genes-alvo. O desenvolvimento adicional de técnicas de edição genômica envolve diferentes modificações de proteínas Cas e moléculas de gRNA. O conjunto de ferramentas derivadas de gRNA/Cas permite realizar pequenas correções de sistemas molecular- celulares, incluindo ajuste de regulação transcricional, pós-transcricional e pós-traducional ou conversão de alelos. Métodos emergentes de edição genômica mais precisos ainda não estão bem estabelecidos para plantas cultivadas e, consequentemente, os métodos atuais empregados no Centro de Pesquisa em Genômica para Mudanças Climáticas (GCCRC) estão restritos à mutagênese direcionada convencional com a nuclease Cas9 guiada por RNA de Streptococcus pyogenes. Este método é usado para "knockout" de genes e, na maioria dos casos, não pode ser implementado para edição mais precisa. O estabelecimento de edição dos tipos "base editing" e "prime editing" para milho dará opções para induzir "knockins" ao invés de "knockouts" de genes alvo, ou para regulação mais fina da expressão do gene alvo. Por exemplo, a modificação de elementos reguladores usando "base editing" e "prime editing" pode ser usada para superexpressão ou expressão induzida de genes agronomicamente importantes que conferem maior produção de biomassa e tolerância ao estresse. Essa abordagem livre de transgenes acelerará a integração de novas tecnologias no melhoramento vegetal. Os recursos de edição genômica no GCCRC também se beneficiariam do uso de proteínas Cas diferentes de Cas9. As nucleases Cas12a são mais apropriadas do que Cas9 se uma sequência rica em AT precisar ser modificada, e também são mais eficientes em "knockouts" de genes e passível de abordagens de multiplexação. Estabelecer novos protocolos para edição genômica requer várias etapas de otimização. Os sistemas mais eficientes para essa otimização em plantas cultivadas são baseados em protoplastos ou outros modelos celulares. A construção de vários vetores de DNA para edição genômica e sua expressão transitória em células vegetais fornece informações completas sobre todos os tipos possíveis de modificações de genoma, frequência de mutação ou outras propriedades específicas da ferramenta testada antes de seu uso na transformação estável, a qual é trabalhosa e onerosa. Estabelecer tais sistemas de teste baseados em expressão transiente para milho é um dos principais objetivos da visita da Dra. Sofya Gerasimova em Campinas, Brasil, como Pesquisadora Visitante da Fapesp. A Dra. Sofya Gerasimova possui ampla experiência em genética de espécies agrícolas e engenharia genética de plantas e experiência em edição genômica em protoplastos utilizando nucleases Cas9 e Cas12a. O plano de pesquisa de um ano da Dra. Gerasimova inclui protocolos estabelecidos para validação de ferramentas de edição genômica em células vegetais, novos vetores genéricos para edição genômica mais precisa e construções prontas para uso em modificação direcionada a genes candidatos previamente identificados no GCCRC. Durante sua visita, a Dra. Gerasimova também contribuirá com palestras em vários campi do estado de São Paulo com o objetivo de fomentar futuras colaborações com sua comunidade de biologia molecular de plantas. (AU)