Ученые «нокаутируют» гены для повышения устойчивости растений к стрессу
Изменение климата повышает и без того серьезную угрозу голода, стоящую перед человечеством. Согласно прогнозам ООН в 2050 году численность жителей планеты составит 9,7 миллиарда человек, что потребует значительного увеличения производства продуктов питания. Повысить урожайность сельхозкультур ученые ТГУ планируют за счет использования технологии геномного редактирования CRISPR/Cas9. С ее помощью они впервые в России будут редактировать геномы растений, чтобы повысить их устойчивость к засухе, засолению, высоким и низким температурам, сообщили в пресс-службе вуза.
Минусом традиционной селекции являются длительность процесса. На то, чтобы вывести сорт с нужными свойствами, может уйти 10 лет и более, при этом успех не гарантирован.
Классическая генная инженерия внесла существенный вклад в получение трансгенных растений. Но недостатком технологии является то, что внедрение трансгенов в геном хозяина проводится «вслепую», и следствием может быть нарушение стабильности и экспрессии генома и изменение клеточного метаболизма. Например, вставка может интегрироваться не в тот участок, который был запланирован, и привести к проявлению нежелательных свойств. Поэтому применение такого инструмента содержит потенциальные риски, это нужно иметь ввиду, когда речь идет о съедобных видах сельскохозяйственных культур.
Например, существуют микроорганизмы с очень высокой устойчивостью к разным стрессовым условиям – отсутствию кислорода, высоким температурам и прочему. С помощью системы CRISPR/Cas9 можно ген бактерии, отвечающий за проявление этих признаков, интегрировать в нужное место генома растения. В новом проекте ученые ТГУ идентифицируют ключевые регуляторные гены, определяющие толерантность растений к засухе, засолению, повреждающим температурам.
Объектом геномного редактирования станет растение резушка Таля, известная как арабидопсис (Arabidopsis thaliana, семейство капустные). Это общепринятый модельный генетический объект, геном которого практически полностью секвенирован и насчитывает более 25000 генов. Резушка Таля стала первым растением, которая была выращена в космосе на орбитальной станции «Салют-7».
Как отмечают ученые, главная задача редактирования генома – сформировать у растения сверхспособности к сохранению влаги. Этот навык поможет противостоять и другим стрессам, например, хлоридному засолению, поскольку эта проблема также обусловлена нехваткой воды.
Для нокаутирования генов-мишеней ученые будут использовать не привычные методы, а подход, разработанный в Новосибирске. Традиционно для внедрения нового гена в объект используются «генные пушки», из которых стреляют частицами вольфрама или золота, на поверхность которых наносится ДНК с необходимыми генными конструкциями. С помощью «генной пушки» частицами обстреливают ткани растений. Сила выстрела подбирается таким образом, чтобы частицы смогли пройти через клеточные стенки и доставить чужеродную ДНК в ядро клетки.
Стоит отметить, что выращивание растений с отредактированным геномом в открытом грунте, в настоящее время не разрешено. При этом известно, что растения и животные с отредактированным геномом не содержат чужеродной ДНК, поэтому не несут в себе таких рисков, как генномодифицированные. Как отмечают ученые, России сейчас недоступны огромные банки семян, которые есть у других стран, потому государство нуждается в создании своих хранилищ, где будет широко представлено биоразнообразие растений с улучшенными пищевыми и техническими характеристиками. Поэтом работа ученых БИ ТГУ – это работа на будущее, на обеспечение продовольственной безопасности россиян.