Mit der Gene-Drive-Technologie kann ein bestimmtes Gen mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als den üblichen 50 % der Mendelschen Wahrscheinlichkeit an die Nachkommen weitergegeben werden, wodurch sich seine Verbreitung in einer Population erhöht. Der Einsatz von Gene Drives wird für verschiedene Wildorganismen in Betracht gezogen.
(F0) Eine Arabidopsis thaliana Wildtyp-Pflanze (grün) wird mit einer gentechnisch veränderten A. thaliana Gene-Drive-Pflanze (orange) gekreuzt, die zusammen mit dem Gen-Drive ein zusätzliches „Rescue-Gen“ erhalten hat, das die ursprüngliche Genfunktion übernehmen kann. Dieser Gene Drive zielt auf den Prozess zur Bildung von Gameten (Pollen oder Eizellen) ab. Das Gene-Drive-Element besteht aus der Genschere CRISPR/Cas9 und einem „Rescue-Gen“. Während des diploiden Elternstadiums schneidet die Genschere ein Zielgen auf den beiden Chromosomen (B und B‘), das für die Bildung der Gameten unerlässlich ist. Nach der Meiose (bei der der Chromosomensatz halbiert wird) überleben nur die Gameten mit Chromosom A, da das Gene-Drive-Element ein „Rescue-Gen“ enthält, das eine spaltungs-resistente Kopie des Zielgens ist. Dieses Gen ist eine Kopie des ursprünglichen Zielgens, das aber so verändert ist, dass es von der Gen-Schere nicht erkannt und nicht ‚geschnitten‘ wird. Pollen oder Eizellen können sich nur entwickeln, wenn das Gene-Drive-Element zusammen mit dem „Rescue-Gen“ an ihr Genom weitergegeben wird. (F1) Nachkommen, die das Gene-Drive-Element mit dem „Rescue-Gen“ erben, können sich erfolgreich entwickeln. (F2) – (F3) Der Gene-Drive wird mit einer hohen Vererbungsrate an die Nachkommen weitergegeben. Es tritt nur eine relativ geringe Anzahl von „Ausreißern“ mit Wildtyp-Genotyp auf. Deren Erbgut ist der Aktivität der Genschere entgangen oder das Zielgen hat sich nach dem ‚Schneiden‘ verändert
(angepasst und erweitert nach: Oberhofer et al., 2024, https://doi.org/10.1038/s41477-024-01701-3).
Gene Drive in Pflanzen kombiniert „Cleave and Rescue“
Mit der Gene-Drive-Technologie kann ein bestimmtes Gen mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als den üblichen 50 % der Mendelschen Wahrscheinlichkeit an die Nachkommen weitergegeben werden, wodurch sich seine Verbreitung in einer Population erhöht. Der Einsatz von Gene Drives wird für verschiedene Wildorganismen in Betracht gezogen.
Oben links: (F0) Eine Arabidopsis thaliana Wildtyp-Pflanze (grün) wird mit einer gentechnisch veränderten A. thaliana Gene-Drive-Pflanze (orange) gekreuzt, die zusammen mit dem Gen-Drive ein zusätzliches „Rescue-Gen“ erhalten hat, das die ursprüngliche Genfunktion übernehmen kann. Oben rechts: Dieser Gene Drive zielt auf den Prozess zur Bildung von Gameten (Pollen oder Eizellen) ab. Das Gene-Drive-Element besteht aus der Genschere CRISPR/Cas9 und einem „Rescue-Gen“. Während des diploiden Elternstadiums schneidet die Genschere ein Zielgen auf den beiden Chromosomen (B und B‘), das für die Bildung der Gameten unerlässlich ist. Nach der Meiose (bei der der Chromosomensatz halbiert wird) überleben nur die Gameten mit Chromosom A, da das Gene-Drive-Element ein „Rescue-Gen“ enthält, das eine spaltungs-resistente Kopie des Zielgens ist. Dieses Gen ist eine Kopie des ursprünglichen Zielgens, das aber so verändert ist, dass es von der Gen-Schere nicht erkannt und nicht ‚geschnitten‘ wird. Pollen oder Eizellen können sich nur entwickeln, wenn das Gene-Drive-Element zusammen mit dem „Rescue-Gen“ an ihr Genom weitergegeben wird. Mitte links: (F1) Nachkommen, die das Gene-Drive-Element mit dem „Rescue-Gen“ erben, können sich erfolgreich entwickeln. Unten links und rechts: (F2) – (F3) Der Gene-Drive wird mit einer hohen Vererbungsrate an die Nachkommen weitergegeben. Es tritt nur eine relativ geringe Anzahl von „Ausreißern“ mit Wildtyp-Genotyp auf. Deren Erbgut ist der Aktivität der Genschere entgangen oder das Zielgen hat sich nach dem ‚Schneiden‘ verändert (angepasst und erweitert nach: Oberhofer et al., 2024, https://doi.org/10.1038/s41477-024-01701-3).