Der Gentechnik-Frass kommt: «Wissenschaftler züchten mit Hilfe von Gene Editing eine bessere Melone»
The gaseous plant hormone ethylene is a regulator of fruit shelf-life, one of the essential traits in fruits. Extending fruit shelf-life reduces food loss, thereby expected to contribute to food security. The enzyme 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase (ACO) is the final step of the ethylene production pathway. Its suppression via antisense technology has been demonstrated to extend the shelf-life of melon, apple, and papaya. Genome editing technology is an innovative technique for plant breeding. Because the genome editing technology would not leave the exogenous genes in the final crop products, the crops via genome editing can be considered non-genetically modified yields; compared to conventional breeding, such as mutation breeding, the breeding term would be expected to be relatively short. These points include the advantage of this technique in utilization for commercial applications. We attempted to extend the shelf-life of the Japanese luxury melon (Cucumis melo var. reticulatus, ‘Harukei-3’) via modification of the ethylene synthesis pathway with the genome editing technology, CRISPR/Cas9 system. The Melonet-DB (¯https://melonet-db.dna.affrc.go.jp/ap/topˆ) showed that the melon genome had the five CmACOs and the gene CmACO1 predominantly expressed in harvested fruits. From this information, CmACO1 was expected to be a key gene for shelf-life in melons. Based on this information, the CmACO1 was selected as the target of the CRISPR/Cas9 system and introduced the mutation. The final product of this melon did not have any exogenous genes. The mutation was inherited for at least two generations. In the T2 generation, the fruit phenotypes 14 days after harvest were as follows: ethylene production was reduced to one-tenth that of the wild type, pericarp colour remained green, and higher fruit firmness. Early fermentation of the fresh fruit was observed in the wild-type fruit but not in the mutant. These results show that CmACO1 knockout via CRISPR/Cas9 extended the melon’s shelf-life. Moreover, our results suggest that genome editing technology would reduce food loss and contribute to food security.
Das gasförmige Pflanzenhormon Ethylen ist ein Regulator für die Haltbarkeit von Früchten, eine der wichtigsten Eigenschaften von Obst. Die Verlängerung der Haltbarkeit von Früchten verringert den Verlust von Lebensmitteln und trägt damit voraussichtlich zur Ernährungssicherheit bei. Das Enzym 1-Aminocyclopropan-1-carbonsäure-Oxidase (ACO) ist der letzte Schritt des Ethylen-Produktionsweges. Die Unterdrückung dieses Enzyms mittels Antisense-Technologie verlängert nachweislich die Haltbarkeit von Melonen, Äpfeln und Papaya. Die Genome Editing-Technologie ist eine innovative Technik für die Pflanzenzüchtung. Da die Genom-Editierungstechnologie keine exogenen Gene in den Endprodukten hinterlässt, können die durch Genom-Editierung erzeugten Pflanzen als nicht gentechnisch veränderte Erträge betrachtet werden; im Vergleich zur konventionellen Züchtung, z. B. der Mutationszüchtung, dürfte die Züchtungsdauer relativ kurz sein. Darin liegt auch der Vorteil dieser Technik bei der Nutzung für kommerzielle Anwendungen. Wir haben versucht, die Haltbarkeit der japanischen Luxusmelone (Cucumis melo var. reticulatus, 'Harukei-3') durch Modifikation des Ethylensynthesewegs mit der Genome Editing Technologie, dem CRISPR/Cas9-System, zu verlängern. Die Melonet-DB (https://melonet-db.dna.affrc.go.jp/ap/top) zeigte, dass im Melonengenom die fünf CmACOs und das Gen CmACO1 vorwiegend in geernteten Früchten vorkommen. Aus diesen Informationen ging hervor, dass CmACO1 ein Schlüsselgen für die Haltbarkeit von Melonen ist. Auf der Grundlage dieser Informationen wurde CmACO1 als Ziel des CRISPR/Cas9-Systems ausgewählt und die Mutation eingeführt. Das Endprodukt dieser Melone enthielt keine exogenen Gene. Die Mutation wurde über mindestens zwei Generationen vererbt. In der T2-Generation waren die Fruchtphänotypen 14 Tage nach der Ernte wie folgt: Die Ethylenproduktion war auf ein Zehntel der des Wildtyps reduziert, die Farbe des Perikarps blieb grün und die Frucht war fester. Eine frühe Gärung der frischen Früchte wurde bei den Wildtyp-Früchten, nicht aber bei der Mutante beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Knockout von CmACO1 mittels CRISPR/Cas9 die Haltbarkeit der Melone verlängert. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Genom-Editierungstechnologie Lebensmittelverluste verringern und zur Ernährungssicherheit beitragen könnte.
Guten Appetit (Sicherungskopie)! Schmeckt bestimmt besonders gut zu Insekten.