Duizenden jaren lang zijn gewassen gevormd door domesticatieprocessen. Boeren kruisen en selecteren nieuwe variëteiten, aangepast aan constant veranderende omgevingen. Hoewel efficiënt, is dit proces tijdrovend. Bovendien moet de gewenste eigenschap ergens binnen de diversiteit van de te verbeteren soort aanwezig zijn.
Een mechanisme kopiëren van een soorten in een soort van agronomisch belang wordt zo een nieuwe uitdaging. Van de beschikbare technologieën zijn sinds 2012 nieuwe technieken voor het bewerken van het plantengenoom beschikbaar. Vaak vergeleken met moleculaire schaarmaakt de CRISPR-Cas9-techniek het mogelijk om gericht en precies een stukje DNA van de plant aan te passen.
Van veel gewassoorten zoals peper en erwt zijn sommige cultivars resistent tegen ziekten die worden veroorzaakt door virussen van het geslacht potyvirus. Hoe doen ze dit? Om planten te infecteren, moeten virussen eiwitten kapen van hun gastheren, maar deze eiwitten vervullen al functies in de plant plantencel. Planten die weerstand bieden aan infecties hebben mutaties opgelopen in een gen dat codeert voor een van deze 'gevoeligheids'-eiwitten.
Deze mutaties maken gebruik van de gastheer eiwit door het virus onmogelijk, terwijl het voor de plant functioneel blijft. De plant met deze mutaties weerstaat dus infectie, zonder verder iets voor de plant te veranderen!
Een nieuwe studie had tot doel dit mechanisme om te zetten in planten van agronomisch belang, door de haalbaarheid ervan in cherrytomaatjes te bestuderen. Hiervoor gebruikten de teams van INRAE een aanpak die afweek van de conventionele aanpak. Ze hebben niet geprobeerd het gen te deactiveren dat de plant vatbaar maakt voor het virus, maar hebben het in plaats daarvan aangepast om de mutaties na te bootsen die verantwoordelijk zijn voor resistentie in erwten of paprika's.
Daartoe pasten ze de CRISPR-Cas9-techniek toe om zich op twee regio's van dit gen te richten. Deze gelijktijdige modificaties leiden tot veranderingen in het eiwit dat door dit gen wordt geproduceerd. Deze veranderingen geven de plant een sterke weerstand tegen verschillende virussen van het geslacht potyvirus, waaronder PVY. Net als bij natuurlijke mutaties die bij andere soorten zijn geselecteerd, veranderen deze veranderingen niet de expressie of accumulatie van het eiwit dat door het gen wordt geproduceerd, noch hebben ze invloed op de functie ervan.
Dit werk vormt een proof of concept en stelt een nieuwe benadering van nauwkeurige montage voor mutaties, met als doel natuurlijke resistenties bij vatbare soorten te reproduceren en zo het gebruik van bestrijdingsmiddelen te beperken.
De bevindingen zijn gepubliceerd in het Plant Biotechnology Journal.