CRISPR/Cas technology for crop improvement (review) | CRISPR/Cas-технология для улучшения сельскохозяйственных растений (обзор) | CRISPR/Cas-технологія для поліпшення сільськогосподарських рослин (огляд)

English. Purpose. To analyze the current state of crop improvement using CRISPR/Cas technology of genome modifications. Results. The history of the development of genome editing technologies with site-specific endonucleases is presented. The current state of plant varieties creation using these technologies was analyzed. It was shown that CRISPR/Cas technology of gene editing has already been adapted for 20 species of crops, for more than 150 genes associated with important traits. The practical implementation of this technology was presented on the example of rice, for which the greatest progress in the research and use of CRISPR/Cas technology was observed: the largest number of genes has been modified – 78; more than 20 varieties were obtained. Edited rice genes associated with such traits as grain size, grain number, plant height, male sterility, cesium accumulation, tolerance to abiotic and biotic stresses, and resistance to herbicides. The possibility of multiplex editing of a potentially unlimited number of genes was underlined. The situation on the regulation of plants created by genome editing technology was discussed: according to the decision of the European Union (EU) court, all EU regulations and restrictions on the cultivation and sale of products, in particular plant varieties, obtained using genome editing techniques are applied as well as to GMOs, while according to the USDA such plants, except parasitic plants, are not regulated as GMOs. Information on the statement, approved by leading scientists representing more than 90 European research centers and institutes for the study of plants and biological sciences was provided in support of genome editing technology. Conclusions. Among the genome editing technologies, CRISPR/Cas technology is one of the most powerful approaches, which has become extensively used in plant breeding due to such advantages as high accuracy and quality, efficiency and technical flexibility, relatively low cost compared to other methods. This available method allows obtaining non-transgenic plants with specified modifications, and it is possible to simultaneously “produce” mutations in several targets.

Russian. Цель. Проанализировать современное состояние улучшения сельскохозяйственных культур с помощью CRISPR/Cas-технологии генетической модификации геномов. Результаты. Представлена история развития технологий изменения генома с сайт-специфическими эндонуклеазами. Проанализировано современное сос­тояние создания генноредактированных растений. Показано, что технология изменения генов CRISPR/Cas уже адаптирована для 20 видов сельскохозяйственных культур для более 150 генов различных признаков. Практическое внедрение этой технологии дано на примере риса, для которого наблюдается наибольший прогресс в исследованиях и использовании CRISPR/Cas-технологии: модифицировано наибольшее число генов – 78; получено более 20 генноредактированных сортов. Отредактировано гены риса, связанные с такими признаками, как размер зерна, озерненность, высота растения, мужская стерильность, накопление цезия, толерантность к абиотическим и биотическим стрессам, устойчивость к гербицидам. Подчеркнута возможность мультиплексного редактирования потенциально неограниченного числа генов. Представлена информация по регулированию растений, созданных по технологии редактирования генома: по решению суда Европейского Союза (ЕС) на продукцию, полученную с помощью методик редактирования геномов, в частности сорта растений, распространяются все нормативные правила и ограничения ЕС на выращивание и продажу, что и на ГМО, тогда как решением Министерства сельского хозяйства США такие растения, кроме растений-паразитов, не регулируются как ГМО. Приведена информация о заявлении, подписанном ведущими учеными, представляющими более 90 европейских исследовательских центров и институтов по исследованиям растений и биологических наук, в поддержку технологии редактирования геномов. Выводы. Среди технологий редактирования генома CRISPR/Cas-технология является одним из самых мощных подходов, который стал очень быстро применяться в селекции растений благодаря таким преимуществам перед другими методами, как высокая точность и качество, эффективность и техническая гибкость, относительно низкая стоимость. Этот доступный метод позволяет получать нетрансгенные растения с заданными модификациями, причем можно одновременно «производить» мутации в нескольких мишенях.

Ukrainian. Мета. Проаналізувати сучасний стан поліпшення сільськогосподарських культур за допомогою CRISPR/Cas-техно­логії генетичної модифікації геномів. Результати. Наведено історію розвитку технологій редагування генома із сайт-специфічними ендонуклеазами. Проаналізовано сучасний стан створення сортів рослин за допомогою цих технологій. Показано, що технологія редагування генів CRISPR/Cas уже адаптована для 20 видів сільськогосподарських культур для більш ніж 150 генів, пов’язаних із важливими ознаками. Практичне впровадження цієї технології представлено на прикладі рису, для якого спос­терігається найбільший прогрес у дослідженнях та використанні CRISPR/Cas-технології: модифіковано найбільшу кількість генів – 78; отримано понад 20 сортів. Редаговано гени рису, що пов’язані з такими ознаками, як розмір зерна, озерненість, висота рослини, чоловіча стерильність, накопичення цезію, толерантність до абіотичних та біотичних стресів, стійкість до гербіцидів. Підкреслено можливість мультиплексного редагування потенційно необмеженої кількості генів. Обговорено ситуацію щодо регулювання рослин, створених за технологією редагування генома: за рішенням суду Європейського Союзу (ЄС) на продукцію, отриману за допомогою методик редагування геномів, зокрема сорти рослин, поширюються всі нормативні правила та обмеження ЄС на вирощування і продаж, що й на ГМО, тоді як Міністерство сільського господарства США визначило, що такі рослини, крім рослин-паразитів, не регулюються як ГМО. Надано інформацію про заяву, схвалену провідними вченими, які представляють понад 90 європейських дослідницьких центрів та інститутів з досліджень рослин та біологічних наук, у підтримку технології редагування геномів. Висновки. Серед технологій редагування генома CRISPR/Cas-технологія є одним із найпотужніших підходів, який став дуже швидко застосовуватися в селекції рослин завдяки таким перевагам над іншими методами як висока точність і якість, ефективність та технічна гнучкість, відносно низька вартість. Цей дос­тупний метод дає змогу отримувати нетрансгенні рослини із заданими модифікаціями, причому можна одночасно «виробляти» мутації в кількох мішенях.