Gene Editing to Accelerate Crop Breeding

Dhugga, Kanwarpal S.

doi:10.3389/fpls.2022.889995

Cited by 12 publications

(2 citation statements)

References 41 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Med nya genomiska tekniker är processen enklare, och hela förädlingsproceduren kan förkortas med många år eftersom återkorsningsarbetet blir överflödigt (Dhugga 2022). Nya genomiska tekniker används för att göra specifika genetiska förändringar, och på det sättet är det möjligt att undvika introducering av oönskade gener eller alleler i förädlingsprocessen.…”

Section: Genomiska Tekniker öPpnar För Nya Möjligheterunclassified

Möjliga tillämpningar av nya genomiska tekniker inom integrerat växtskydd

Karlsson¹,

Sundström²,

Berlin³

et al. 2023

View full text Add to dashboard Cite

Det pågår en omställning av jord- och trädgårdsbruket, både med hänsyn till hållbar produktion och pågående klimatförändringar. Som en del av EUs arbete att utveckla lantbruket mot en mer hållbar produktion har kommissionen lagt fram ett förslag på minskning av växtskyddsmedel om minst 50 %, totalt sett inom EU, senast 2030. För Sveriges del innebär förslaget, enligt preliminära beräkningar, att vi behöver minska mängden växtskyddsmedel med 35-36 %. För att ersätta funktionen av denna mängd växtskyddsmedel behövs ett integrerat tillvägagångssätt som kräver tillgång till andra effektiva metoder för bekämpning av skadegörare på odlade växter. Under det senaste decenniet har nya genomiska tekniker inom växtförädlingen utvecklats, vilka möjliggör riktade förändringar i många grödors genom. Teknikerna innebär antingen att man introducerar enstaka förändringar i DNA-sekvensen (s.k. genomredigering), eller att man sätter in en längre DNA-sekvens från samma art eller en korsningsbar art i en gröda (s.k. cisgenes). Dessutom har kunskapen om växters försvarssystem framskridit avsevärt. Med den ökade kunskapen och de nya teknikerna ökar möjligheten att kombinera gener och öka variationen av de gener som gör grödorna resistenta mot olika växtsjukdomar. På så sätt kan förädlingen av sjukdomsresistenta sorter ske med betydligt bättre precision och på kortare tid än vad traditionella förädlingstekniker tillåter. Tidsaspekten kan ses som extra viktig i resistenssammanhang eftersom skadegörarpopulationerna ändras kontinuerligt. Potentialen att kombinera flera olika resistensmekanismer för att uppnå mer uthållig resistens samt möjligheten att lösa ett eller flera växtskyddsproblem i samma sort bör också noteras. Enligt nuvarande EU-lagstiftning regleras dock genomredigerade och cisgena grödor på samma sätt som traditionellt genetiskt modifierade organismer (GMO), en lagstiftning som i praktiken omöjliggör kommersiell odling inom EU. Detta trots att resultatet av de moderna teknikerna kan efterlikna vad som kan ske spontant i naturen (mutationer) eller via traditionella oreglerade förädlingsmetoder (t.ex. mutations-, eller korsningsförädling). I lagstiftningen tas det ej i beaktande att sjukdomsresistenta grödor kan bidra till en minskad användning av växtskyddsmedel. Idag är potatisodling ofta förknippad med en användning av stora mängder växtskyddsmedel mot potatisbladmögel. Samtidigt är det möjligt att göra potatissorterna helt resistenta mot potatisbladmögel med hjälp av cisgenes och ge dem en ökad motståndskraft med hjälp av genomredigering. Om det vore möjligt att odla potatis som förädlats med nya genomiska tekniker inom EU idag, visar denna rapport att det skulle vara möjligt att kraftigt minska användningen av växtskyddsmedel i potatisodlingen. Det skulle innebära en reducering av mängden växtskyddsmedel som används inom det svenska lantbruket och skulle även innebära besparingar runt 91 miljoner SEK per år för odlarna. Vete och annan spannmål är de grödor där flest totala hektardoser av fungicider appliceras, till en årlig kostnad av två miljarder SEK. För dessa grödor finns inget lika tydligt exempel på enskilda sjukdomar som så kraftigt kan minska fungicidanvändningen. Vi ser dock en tydlig framtida potential att minska antalet bekämpningar och därmed kostnaden för lantbruket med hjälp av nya genomiska tekniker inom sädesslagen. Möjligheten att öka växters egen resistens för att minska användningen av växtskyddsmedel finns redan idag även i flera andra grödor, och möjligheterna förväntas fortsatt växa i takt med att teknikutveckling och forskning fortgår. En förändrad lagstiftning runt nya genomiska tekniker skulle även öppna för applikationer inom områden där det idag inte finns någon effektiv metod att bekämpa växtskadegörare. Exempel på sådana skadegörare är många virussjukdomar och skador som orsakas av nematoder. Därför kan skördestabiliteten och konkurrenskraften förväntas öka i grödor där det idag finns skadegörare där effektiva bekämpningsmetoder saknas. Sammanfattningsvis ser vi nya genomiska tekniker för att förädla resistenta grödor som en viktig del i arbetet mot ett hållbart jordbruk och för att uppnå EU-kommissionens mål om att reducera användningen av växtskyddsmedel inom jord- och trädgårdsbruket.

show abstract

Section: Genomiska Tekniker öPpnar För Nya Möjligheterunclassified

Möjliga tillämpningar av nya genomiska tekniker inom integrerat växtskydd

Karlsson¹,

Sundström²,

Berlin³

et al. 2023

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Trait improvement through conventional breeding is a labor-intensive process that takes many years to complete. Gene editing directly in commercial cultivars is a viable alternative to expedite trait improvement, particularly for food security ( Dhugga, 2022 ; Pixley et al., 2022 ). A recently introduced technology, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and its associated endonucleases (CRISPR/Cas), has revolutionized the field of gene editing, which was slow to perform with the previously available technologies ( Raghurami-Reddy et al., 2022 ).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

An efficient transformation method for genome editing of elite bread wheat cultivars

et al. 2023

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

An efficient genetic transformation protocol is necessary to edit genes for trait improvement directly in elite bread wheat cultivars. We used a protein fusion between a wheat growth-regulating factor 4 (GRF4) and its interacting factor (GIF1) to develop a reproducible genetic transformation and regeneration protocol, which we then used to successfully transform elite bread wheat cultivars Baj, Kachu, Morocco, Reedling, RL6077, and Sujata in addition to the experimental cultivar Fielder. Immature embryos were transformed with the vector using particle bombardment method. Transformation frequency increased nearly 60-fold with the GRF4-GIF1-containing vectors as compared to the control vector and ranged from ~5% in the cultivar Kachu to 13% in the cultivar RL6077. We then edited two genes that confer resistance against leaf rust and powdery mildew directly in the aforementioned elite cultivars. A wheat promoter, TaU3 or TaU6, to drive the expression of guide RNA was effective in gene editing whereas the OsU3 promoter failed to generate any edits. Editing efficiency was nearly perfect with the wheat promoters. Our protocol has made it possible to edit genes directly in elite wheat cultivars and would be useful for gene editing in other wheat varieties, which have been recalcitrant to transformation thus far.

show abstract