Исследователи из Университета штата Колорадо разработали инструмент, который можно использовать для включения и выключения ключевых генетических признаков растений по желанию. Об этом прорыве недавно было [опубликовано](https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssynbio.4c00777) в журнале ACS Synthetic Biology. Это первый случай, когда синтетический генетический «тумблер» был использован в полностью развитом растении.
Синтетические биологи создают новые сегменты ДНК
Синтетические биологи разрабатывают и создают новые сегменты ДНК, которые затем можно вставить в живые организмы. Они работают подобно схемам в электронике или компьютере. Точно так же, как переключатель используется для включения или выключения лампочки в электрической цепи, команда учёных использует «тумблер» для включения и выключения генов при подаче внешнего сигнала.
До сих пор генетический «тумблер» использовался только в [одноклеточных организмах](https://phys.org/tags/single-celled+organisms/), таких как бактерии. Работа в Университете штата Колорадо ведётся под руководством профессоров Джун Медфорд из Департамента биологии и Ашока Прасада из Департамента химической и биологической инженерии.
Медфорд сказала, что у [междисциплинарных исследований](https://phys.org/tags/interdisciplinary+research/) есть множество практических применений, особенно в сельском хозяйстве, где переключатель можно использовать для более точного определения времени созревания плодов.
Она добавила, что с помощью этого инструмента в будущем можно будет регулировать любое количество признаков. Сложность заключается в том, чтобы внедрить его в полностью развитые живые организмы.
«Многоклеточная природа растения — его корни, ткани, вегетативные и [репродуктивные органы](https://phys.org/tags/reproductive+organs/) — представляет собой сложную задачу, которую мы наконец-то смогли преодолеть», — сказала она. «Эта работа — многообещающий первый шаг к программированию растений для выполнения всевозможных полезных задач, которые раньше были невозможны».
В статье описывается работа команды по синтезу соответствующих частей ДНК растений, а затем разработке потенциальной генетической системы «тумблера» вокруг двух ключевых генов с использованием математического моделирования. Этот подход помог команде комбинировать и сопоставлять возможные комбинации на компьютере, пока они не нашли эффективную комбинацию.
Медфорд сказала, что это был долгий итеративный процесс, который привёл к доказательству концепции, продемонстрированному в статье. «Как биологи, мы хорошо понимаем биологию и сотрудничаем с такими людьми, как профессор Прасад и его команда, которые являются экспертами в разработке алгоритмов — это позволяет нам находить ключевые сигналы среди шума», — сказала Медфорд.
«Этот проект — настоящий союз количественных исследований и математического моделирования для предсказуемого проектирования способностей растений для любых нужд. Наша работа также открывает возможность того, что в будущем разработка генетических схем, подобных этой, может быть автоматизирована с помощью машинного обучения, что ускорит процесс».
Примечательно, что исследование показывает, что эти схемы функционируют по всему растению и могут использоваться для регулирования побегов и клеток на разных этапах жизненного цикла. Прасад сказал, что это означает, что эти переключатели можно использовать для задействования различных функций растений в поддержку продовольственной безопасности или разработки материалов.
«Перед лицом непредсказуемого и неурожайного климата фермеры могут контролировать состояние своих посевов, «включая» переключатель, который способствует устойчивости к засухе, или тот, который помогает таким растениям, как тыквы, расти раньше в сезоне, а затем сохранять размер и питательные вещества», — сказал Прасад. «Приложения для этого прорыва практически безграничны для человечества и окружающей среды».
Предоставлено [Университетом штата Колорадо](https://phys.org/partners/colorado-state-university/).