eISSN: 2221-6197 DOI: 10.31301/2221-6197

Biomics

Архив номеров

Индексирование
  1. Главная
  2. →
  3. 2017
  4. →
  5. Том 9, № 3
  6. →
  7. Статьи
  8. →
  9. CRISPR/Cas редактирование геномов (растений) и общество

CRISPR/Cas редактирование геномов (растений) и общество

Год: 2017

Страницы: 183-202

Номер: Том 9, №3

Тип: научная статья

Рубрика: Статьи

Авторы: Баймиев Андрей Ханифович, Кулуев Булат Разяпович, Вершинина Зиля Рифовна, Князев Алексей Викторович, Чемерис Дмитрий Алексеевич, Рожнова Н.А.!, Геращенков Григорий Алексеевич, Михайлова Елена Владимировна, Баймиев Алексей Ханифович, Чемерис Алексей Викторович

Скачать pdf

Аннотация:

Значительное внимание уделено вопросам как следует соотносить созданные за счет индуцированного мутагенеза современные сорта растений с полученными с помощью генной инженерии трансгенными растениями или ГМ-растениями, а также с нокаутными и нокин формами CRISPR/Cas редактированных растений в связи с проблемой ГМО. Оценены перспективы внедрения разных форм CRISPR/Cas редактированных растений в сельскохозяйственное производство, включая окультуривание диких форм de novo. Затронуты вопросы редактирования генома человека и отношения общества к этому процессу, а также проведение сообществом DIY биологов экспериментов по геномному редактированию. Рассмотрена непростая ситуация с патентованием CRISPR/Cas технологии и ее коммерциализация.

Ключевые слова:

CRISPR/Cas технология, ГМО, ГМ-растения, трансгенные растения, томат, нокаут, нокин, патентование

Библиографический список:

  1. Вершинина З.Р., Кулуев Б.Р., Геращенков Г.А., Князев А.В., Гумерова Г.Р., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В. Эволюция методов редактирования геномов // Биомика. 2017. Т.9. С. 245-270.
  2. Герасимова С.В., Хлесткина Е.К., Кочетов А.В., Шумный В.К. Система CRISPR/Cas9 для редактирования геномов и особенности ее применения на однодольных растениях // Физиология растений. 2017. Т.64. С.92-108.
  3. Короткова А.М., Герасимова С.В., Шумный В.К., Хлесткина Е.К. Гены сельскохозяйственных растений, модифицированные с помощью системы CRISPR/Cas // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017. Т. 21. С. 250–258.
  4. Кулуев Б.Р., Баймиев Ан.Х., Чемерис Д.А., Матниязов Р.Т., Никоноров Ю.М., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В. Применение CRISPR-локусов не для редактирования геномов // Биомика. 2017. Т.9. С.271-283.
  5. Кулуев Б.Р., Геращенков Г.А., Рожнова Н.А., Баймиев Ан.Х., Вершинина З.Р., Князев А.В., Матниязов Р.Т., Гумерова Г.Р., Михайлова Е.В., Никоноров Ю.М., Чемерис Д.А., Баймиев Ал.Х., Чемерис А.В. CRISPR/Cas редактирование геномов растений // Биомика. 2017а. Т.9. С.155-182.
  6. Магданов Э.Г., Чемерис Д.А., Чемерис А.В. Современное приборное оснащение количественной и цифровой ПЦР // Биомика. 2011. Т.1. С.15-60.
  7. Орищенко К.Е., Софронова Ю.К., Чупахин Е.Г., Лунев Е.А., Мазунин И.О. Импорт нуклеазы Cas9 в митохондрии // Гены и клетки. Т. 11. 2016. С. 100–105.
  8. Салина Е.А. Технологии геномного моделирования и редактирования для решения задач селекции растений // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. С.9-14.
  9. Хлесткин В.К., Пельтек С.Е., Колчанов Н.А. Гены-мишени для получения сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) с заданными свойствами крахмала // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. С. 25-36.
  10. Хлесткина Е.К. Доместикация за пару лет // Наука из первых рук. 2016. №5/6. С.72-75.
  11. Хлесткина Е.К., Шумный В.К. Перспективы использования прорывных технологий в селекции: Система CRISPR/Cas9 для редактирования генома растений // Генетика. 2016. Т.52. С.774-787.
  12. Чемерис Д.А., Кирьянова О.Ю., Геращенков Г.А., Кулуев Б.Р., Рожнова Н.А., Матниязов Р.Т., Баймиев Ан.Х., Баймиев Ал.Х., Губайдуллин И.М., Чемерис А.В. Биоинформатические ресурсы для CRISPR/Cas редактирования геномов // Биомика. 2017. Т.9. С. 203-228.
  13. Чемерис А.В., Бикбулатова С.М., Чемерис Д.А., Баймиев Ал.Х., Князев А.В., Кулуев Б.Р., Максимов И.В. Надо ли опасаться ГМО? Взгляд несторонних наблюдателей на истерию вокруг // Биомика. 2014. Т.6. С.77-138.
  14. Чемерис А.В., Чемерис Д.А., Баймиев Ал.Х., Князев А.В., Кулуев Б.Р., Максимов И.В. Борьба с ГМО как неолысенковщина // Биомика. 2015. Т.7. C. 1-39.
  15. Adame V., Chapapas H., Cisneros M., Deaton C., Deichmann S., Gadek C., Lovato T.L., Chechenova M.B., Guerin P., Cripps R.M. An undergraduate laboratory class using CRISPR/Cas9 technology to mutate Drosophila genes // Biochem. Mol. Biol. Educ. 2016. V. 44. P. 263–275.
  16. Andersson M., Turesson H., Nicolia A., Falt A-S., Samuelsson M., Hofvander P. Efficient targeted multiallelic mutagenesis in tetraploid potato (Solanum tuberosum) by transient CRISPR-Cas9 expression in protoplasts // Plant Cell Rep. 2017. V.36. P.117-128.
  17. Baldwin E.A., Scott J.W., Shewmaker C.K., Schuch W. Flavor trivia and tomato aroma: Biochemistry and possible mechanisms for control of important aroma components // Hortscience. 2000. V.35. P.1013-1022.
  18. Baltimore D., Berg P., Botchan M., Carroll D., Charo R.A., Church G., Corn J.E., Daley G.Q., Doudna J.A., Fenner M., Greely H.T., Jinek M., Martin G.S., Penhoet E., Puck J., Sternberg S.H., Weissman J.S., Yamamoto K.R. Biotechnology. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification // Science. 2015. V.348. P.36-38.
  19. Berg P., Baltimore D., Brenner S., Roblin R.O., Singer M.F. Summary statement of the Asilomar conference on recombinant DNA molecules // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1975. V.72. P.1981-1984.
  20. Bosley K.S., Botchan M., Bredenoord A.L., Carroll D., Charo R.A., Charpentier E., Cohen R., Corn J., Doudna J., Feng G., Greely H.T., Isasi R., Ji W., Kim J.S., Knoppers B., Lanphier E., Li J., Lovell-Badge R., Martin G.S., Moreno J., Naldini L., Pera M., Perry A.C., Venter J.C., Zhang F., Zhou Q. CRISPR germline engineering - the community speaks // Nat. Biotechnol. 2015. V.33. P.478-486.
  21. Cao H.X., Wang W., Le H.T., Vu G.T. The power of CRISPR-Cas9-induced genome editing to speed up plant breeding // Int. J. Genomics. 2016;2016:5078796.
  22. Cardi T., D'Agostino N., Tripodi P. Genetic transformation and genomic resources for next-generation precise genome engineering in vegetable crops // Front Plant Sci. 2017. V.22;8:241
  23. Cohen J. The birth of CRISPR Inc. // Science. 2017. V.355. P.680-684.
  24. Contreras J.L., Sherkow J.S. CRISPR, surrogate licensing, and scientific discovery // Science. 2017. V.355. P.698-700.
  25. Davis D.R., Epp M.D., Riordan H.D. Changes in USDA food composition data for 43 garden crops, 1950 to 1999 // J. Amer. Coll. Nutrition. 2004. V.23. P.669-682.
  26. DiEuliis D., Giordano J. Why gene editors like CRISPR/Cas may be a game-changer for neuroweapons // Health Secur. 2017. V.15. P.296-302.
  27. Doebley J.F., Gaut B.S., Smith B.D. The molecular genetics of crop domestication // Cell. 2006. V.127. P.1309-1321.
  28. Evitt N.H., Mascharak S., Altman R.B. Human germline CRISPR-Cas modification: Toward a regulatory framework // Am. J. Bioeth. 2015. V.15. P.25-29.
  29. Farneti B., Alarcón A.A., Papasotiriou F.G., Samudrala D., Cristescu S.M., Costa G., Harren F.J., Woltering E.J. Chilling-induced changes in aroma volatile profiles in tomato // Food Bioproc. Tech. 2015. V.8. P.1442-1454.
  30. Fister K., Fister I. Jr., Murovec J., Bohanec B. DNA labelling of varieties covered by patent protection: a new solution for managing intellectual property rights in the seed industry // Transgenic Res. 2017. V.26. P.87-95.
  31. Gómez-Tatay L., Hernández-Andreu J.M., Aznar J. Mitochondrial modification techniques and ethical issues // J Clin Med. 2017. V. 6. pii: E25.
  32. Graff G.D., Phillips D., Lei Z., Oh S., Nottenburg C., Pardey P.G. Not quite a myriad of gene patents // Nat. Biotechnol. 2013. V.31. P.404-410.
  33. Gray B.N., Spruill W.M. CRISPR-Cas9 claim sets and the potential to stifle innovation // Nat. Biotechnol. 2017. V.35. P.630-633.
  34. Grushkin D. DuPont in CRISPR-Cas patent land grab // Nat. Biotechnol. 2016. V.34. P.13.
  35. Guttinger S. Trust in science: CRISPR-Cas9 and the ban on human germline editing // Sci. Eng. Ethics. 2017. doi:10.1007/s11948-017-9931-1. [Epub ahead of print]
  36. Hightower R., Baden C., Penzes E., Lund P., Dunsmuir P. Expression of antifreeze proteins in transgenic plants // Plant Mol. Biol. 1991. V.17. P.1013-1021.
  37. Hynes R.O., Coller B.S., Porteus M. Toward responsible human genome editing // JAMA. 2017. V.317. P.1829-1830.
  38. Jo A., Ham S., Lee G.H., Lee Y., Kim S., Lee Y.S., Shin J.H., Lee Y. Efficient mitochondrial genome editing by CRISPR/Cas9 // Biomed Res Int. 2015: 305716.
  39. Ishii T. Germline genome-editing research and its socioethical implications // Trends Mol. Med. 2015. V.21. P.473-481.
  40. Ishii T., Araki M. Consumer acceptance of food crops developed by genome editing // Plant Cell Rep. 2016. V.35. P.1507-1518.
  41. Ishii T., Araki M. A future scenario of the global regulatory landscape regarding genome-editing crops // GM Crops Food. 2017. V.8. P.44-56.
  42. Khatodia S., Bhatotia K., Passricha N., Khurana S.M., Tuteja N. The CRISPR/Cas genome-editing tool: Application in improvement of crops // Front Plant Sci. 2016. V.7:506.
  43. Kim J., Kim J-S. Bypassing GMO regulations with CRISPR gene editing // Nat. Biotechnol. 2016. V.34. P.1014-1015.
  44. Klee H.J., Tieman D.M. Genetic challenges of flavor improvement in tomato // Trends Genet. 2013. V.29. P.257-262.
  45. Lanphier E., Urnov F., Haecker S.E., Werner M., Smolenski J. Don't edit the human germ line // Nature. 2015. V.519. P.410-411.
  46. Ledford H. Bitter fight over CRISPR patent heats up // Nature. 2016. V.529. P.265.
  47. Lei Z., Juneja R., Wright B.D. Patents versus patenting: implications of intellectual property protection for biological research // Nat. Biotechnol. 2009. V.27. P.36-40.
  48. Liu D., Hu R., Palla K.J., Tuskan G.A., Yang X. Advances and perspectives on the use of CRISPR/Cas9 systems in plant genomics research // Curr. Opin. Plant Biol. 2016. V.30. P.70-77.
  49. Ma H., Marti-Gutierrez N., Park S.W., Wu J., Lee Y., Suzuki K., Koski A., Ji D., Hayama T., Ahmed R., Darby H., Van Dyken C., Li Y., Kang E., Park A.R., Kim D., Kim S.T., Gong J., Gu Y., Xu X., Battaglia D., Krieg S.A., Lee D.M., Wu D.H., Wolf D.P., Heitner S.B., Belmonte J.C.I., Amato P., Kim J.S., Kaul S., Mitalipov S. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos // Nature. 2017. doi:10.1038/nature23305.
  50. Mathieu S., Cin V.D., Fei Z., Li H., Bliss P., Taylor M.G., Klee H.J., Tieman D.M. Flavour compounds in tomato fruits: identification of loci and potential pathways affecting volatile composition // J. Exp. Bot. 2009. V.60. P.325-337.
  51. McGuire L. Genome editing: Broad Institute keeps CRISPR tools open // Nature. 2016. V.534. P.37.
  52. Militello K.T., Lazatin J.C. Discovery of Escherichia coli CRISPR sequences in an undergraduate laboratory // Biochem. Mol. Biol. Educ. 2017. V. 45. P. 262–269.
  53. Mohd-Yusoff N.F., Ruperao P., Tomoyoshi N.E., Edwards D., Gresshoff P.M., Biswas B., Batley J. Scanning the effects of ethyl methanesulfonate on the whole genome of Lotus japonicus using second-generation sequencing analysis // G3 (Bethesda). 2015. V.5. P.559-567.
  54. Mulvihill J.J., Capps B., Joly Y., Lysaght T., Zwart H.A.E., Chadwick R.; International Human Genome Organisation (HUGO) Committee of Ethics, Law, and Society (CELS) Ethical issues of CRISPR technology and gene editing through the lens of solidarity // Br. Med. Bull. 2017. V.122. P.17-29.
  55. Nejat N., Rookes J., Mantri N.L., Cahill D.M. Plant-pathogen interactions: toward development of next-generation disease-resistant plants // Crit. Rev. Biotechnol. 2017. V.37. P.229-237.
  56. Nguyen C.V., Vrebalov J.T., Gapper N.E., Zheng Y., Zhong S., Fei Z., Giovannoni J.J. Tomato GOLDEN2-LIKE transcription factors reveal molecular gradients that function during fruit development and ripening // Plant Cell. 2014. V.26. P.585-601.
  57. Østerberg JT, Xiang W, Olsen LI, Edenbrandt AK, Vedel SE, Christiansen A, Landes X, Andersen MM, Pagh P, Sandøe P, Nielsen J, Christensen SB, Thorsen BJ, Kappel K, Gamborg C, Palmgren M.
  58. Accelerating the Domestication of New Crops: Feasibility and Approaches.
  59. Trends Plant Sci. 2017 May;22(5):373-384.
  60. Pollack R. Eugenics lurk in the shadow of CRISPR // Science. 2015. V.348. P.871.
  61. Powell A.L., Nguyen C.V., Hill T., Cheng K.L., Figueroa-Balderas R., Aktas H., Ashrafi H., Pons C., Fernández-Muñoz R., Vicente A., Lopez-Baltazar J., Barry C.S., Liu Y., Chetelat R., Granell A., Van Deynze A., Giovannoni J.J., Bennett A.B. Uniform ripening encodes a Golden 2-like transcription factor regulating tomato fruit chloroplast development // Science. 2012. V.336. P.1711-1715.
  62. Rambla J.L., Tikunov Y.M., Monforte A.J., Bovy A.G., Granell A. The expanded tomato fruit volatile landscape // J. Exp. Bot. 2014. V.65. P.4613-4623.
  63. Sahu K.K., Chattopadhyay D. Genome-wide sequence variations between wild and cultivated tomato species revisited by whole genome sequence mapping // BMC Genomics. 2017. V.18(1):430.
  64. Schaeffer S.M., Nakata P.A. CRISPR/Cas9-mediated genome editing and gene replacement in plants: Transitioning from lab to field // Plant Sci. 2015. V.240. P.130-142.
  65. Sherkow J.S. Law, history and lessons in the CRISPR patent conflict // Nat. Biotechnol. 2015. V.33. P.256-257.
  66. Sherkow J.S. CRISPR: Pursuit of profit poisons collaboration // Nature. 2016. V.532. P.172-173.
  67. Sherkow J.S. Inventive steps: the CRISPR patent dispute and scientific progress: The recent patent decisions about CRISPR tell us a lot about how advances in biology are actually made-and how they are not // EMBO Rep. 2017. V.18. P.1047-1051.
  68. Shirasawa K., Hirakawa H., Nunome T., Tabata S., Isobe S. Genome-wide survey of artificial mutations induced by ethyl methanesulfonate and gamma rays in tomato // Plant Biotechnol J. 2016. V.14. P.51-60.
  69. Sidhu G., Mohan A., Zheng P., Dhaliwal A.K., Main D., Gill K.S. Sequencing-based high throughput mutation detection in bread wheat // BMC Genomics. 2015. 16:962.
  70. Smyth S.J. Canadian regulatory perspectives on genome engineered crops // GM Crops Food. 2017. V.8/ P.35-43.
  71. Song G., Jia M., Chen K., Kong X., Khattak B., Xie C., Li A., Mao L. CRISPR/Cas9: A powerful tool for crop genome editing // Crop Journal. 2016. V.4. P.75-82.
  72. Sprink T., Eriksson D., Schiemann J., Hartung F. Regulatory hurdles for genome editing: process- vs. product-based approaches in different regulatory contexts // Plant Cell Rep. 2016. V.35. P.1493-1506.
  73. Swinnen G., Goossens A., Pauwels L. Lessons from domestication: Targeting cis-regulatory elements for crop improvement // Trends Plant Sci. 2016. V.21. P.506-515.
  74. Tieman D., Bliss P., McIntyre L.M., Blandon-Ubeda A., Bies D., Odabasi A.Z., Rodríguez G.R., van der Knaap E., Taylor M.G., Goulet C., Mageroy M.H., Snyder D.J., Colquhoun T., Moskowitz H., Clark D.G., Sims C., Bartoshuk L., Klee H.J. The chemical interactions underlying tomato flavor preferences // Curr. Biol. 2012. V.22. P.1035-1039.
  75. Tieman D., Zhu G., Resende M.F. Jr., Lin T., Nguyen C., Bies D., Rambla J.L., Beltran K.S., Taylor M., Zhang B., Ikeda H., Liu Z., Fisher J., Zemach I., Monforte A., Zamir D., Granell A., Kirst M., Huang S., Klee H. A chemical genetic roadmap to improved tomato flavor // Science. 2017. V.355. P.391-394.
  76. Tieman D.M., Zeigler M., Schmelz E.A., Taylor M.G., Bliss P., Kirst M., Klee H.J. Identification of loci affecting flavour volatile emissions in tomato fruits // J. Exp. Bot. 2006. V.57. P.887-896.
  77. Tomato Genome Consortium / The tomato genome sequence provides insights into fleshy fruit evolution // Nature. 2012. V.485. P.635-641.
  78. van Erp P.B.G., Bloomer G., Wilkinson R., Wiedenhelt B. The history and market impact of CRISPR RNA-guided nucleases // Curr. Opin. Virol. 2015. V.12. P.85-90.
  79. Waltz E. Gene-edited CRISPR mushroom escapes US regulation // Nature. 2016. V.532. P.293.
  80. Waltz E. CRISPR-edited crops free to enter market, skip regulation // Nat. Biotechnol. 2016a. V.34. P.582.
  81. Wang Y., Cheng X., Shan Q., Zhang Y., Liu J., Gao C., Qiu J.L. Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew // Nat. Biotechnol. 2014. V. 32. P. 947–951.
  82. van de Wiel C.C.M., Schaart J.G., Lotz L.A.P., Smulders M.J.M. New traits in crops produced by genome editing techniques based on deletions // Plant Biotechnol Rep. 2017. V. 11. P. 1–8.
  83. Zaidi S.S., Tashkandi M., Mansoor S., Mahfouz M.M. Engineering plant immunity: using CRISPR/Cas9 to generate virus resistance // Front. Plant Sci. 2016. V. 7: 1673
  84. Zhang K., Raboanatahiry N., Zhu B., Li M. Progress in genome editing technology and its application in plants // Front. Plant Sci. 2017. V. 8: 177.
  85. Zayner J.P., Antoniou C., French A.R., Hause R.J. Jr., Sosnick T.R. Investigating models of protein function and allostery with a widespread mutational analysis of a light-activated protein // Biophys. J. 2013. V.105. P.1027-1036.
  86. Zilberman D., Kaplan S., Kim E., Hochman G., Graff G. Continents divided: Understanding differences between Europe and North America in acceptance of GM crops // GM Crops Food. 2013. V.4. P.202-208.
  87. Zsögön A., Cermak T., Voytas D., Peres L.E. Genome editing as a tool to achieve the crop ideotype and de novo domestication of wild relatives: Case study in tomato // Plant Sci. 2017. V. 256. P. 120–130.
Скачать pdf
наверх
eISSN: 2221-6197 DOI: 10.31301/2221-6197