Растения какао, устойчивые к болезням, получены с помощью редактирования генов и традиционного скрещивания

от

Исследовательская группа из Пенн-Стэйт успешно создала растения какао, устойчивые к болезням, используя технологию редактирования генов. По словам учёных, инновация поможет решить значительную проблему для мировой шоколадной промышленности, которая ежегодно приносит более [$135 миллиардов] и сталкивается с угрозой со стороны вида phytophthora — грибоподобного патогена, вызывающего разрушительное заболевание, известное как чёрная гниль, которое может привести к потерям урожая до [30%] в мировом масштабе.

В статье, опубликованной в журнале Plant Biotechnology Journal, исследователи сообщили, что они отредактировали ген TcNPR3 в растениях какао. В результате были получены растения, у которых поражения от болезней были на 42% меньше по сравнению с неотредактированными растениями при заражении phytophthora.

Марк Гильтинэн, профессор молекулярной биологии растений в Колледже сельскохозяйственных наук и первый автор исследования, сказал: «Фермеры, выращивающие какао, особенно те, у кого ограниченные экономические ресурсы, сталкиваются с трудностями при внедрении дорогостоящих мер по борьбе с болезнями. Многие подходы к генетической модификации встречают предубеждение из-за того, что в конечном продукте остаётся чужеродная ДНК. Наш подход может решить обе эти проблемы».

Исследователи использовали CRISPR-Cas9 — технологию редактирования генов, которая действует как «молекулярные ножницы», точно модифицируя последовательности ДНК в геноме. Обычно это работает путём вырезания ненужных генов из генома и встраивания трансгенов — генов из других организмов или модифицированных в лаборатории для достижения желаемой функциональности.

Однако этот прорыв представляет собой первую демонстрацию растений какао с отредактированным геномом и без трансгенов, что означает, что ДНК растения была изменена без оставления какой-либо чужеродной ДНК в конечном продукте. Это решает проблемы, связанные с регулированием и принятием потребителями.

Команда специально отредактировала ген TcNPR3, который участвует в системе защиты растения. Они вырастили клетки в полноценные растения и подтвердили, что они менее восприимчивы к болезни в лабораторных тестах. Затем они скрестили эти отредактированные растения с обычными растениями какао, в результате чего получили потомство с желаемыми генетическими изменениями.

Исследователи секвенировали геномы родительских и дочерних растений и обнаружили, что некоторые потомки сохранили полезные генетические изменения, но больше не имели чужеродной ДНК — они были «чистыми» изменениями. Анализ экспрессии генов показал повышенную экспрессию генов, участвующих в защите растений, при этом некоторые гены были подавлены.

Гильтинэн сказал: «Наша исследовательская группа нацелилась на ген TcNPR3, потому что мы узнали из более ранних исследований, что он действует как молекулярный «тормоз» системы естественной защиты растения».

«Мы рассматриваем NPR3 как систему безопасности, которая установлена в режиме «ожидания», — объяснил он. — Нарушение работы гена переводит его в режим «повышенной готовности», повышая естественную защиту растения и делая его менее восприимчивым к атакам патогенов».

Более новаторским, чем использование технологии CRISPR-Cas9 для точной мутации гена TcNPR3, по словам Гильтинэна, было использование традиционного скрещивания растений для устранения последовательностей чужеродной ДНК, связанных с механизмом редактирования генов.

Результат — растения какао, которые содержат только желаемые генетические модификации без каких-либо трансгенных элементов — устанавливает значительный прецедент в области регулирования, сказал Гильтинэн, поскольку Министерство сельского хозяйства США (USDA) определило, что эти отредактированные растения не подпадают под действие правил биотехнологии, поскольку они не содержат чужеродной генетической материала — только точные изменения в родных генах какао.

После рассмотрения обширных данных в рукописи исследования Министерство сельского хозяйства США официально заявило, что не считает отредактированные линии какао подпадающими под те же нормативные требования, что и генетически модифицированные растения. Однако растения могут подпадать под регулирование Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, сказал Гильтинэн.

Эта ясность в регулировании устраняет серьёзное препятствие для внедрения, предположил Гильтинэн, добавив, что следующим шагом команды будет тестирование линий на исследовательских станциях в тропических районах.

«Нам нужно оценить производительность растений за пределами наших теплиц», — сказал он. — «Если эксперимент будет успешным, мы надеемся, что однажды фермеры и потребители смогут воспользоваться преимуществами этих устойчивых к болезням растений для улучшения своего благосостояния и защиты окружающей среды».

Гильтинэн и его команда оценивают дополнительные цели для повышения устойчивости к болезням, а также изучают новые методы редактирования генома с целью разработки второго поколения отредактированных линий какао в ближайшие годы.

«Мы не просто создаём более качественные растения какао — мы исследуем, как современные биотехнологии могут работать в рамках существующих нормативных рамок для решения реальных сельскохозяйственных задач», — сказал Гильтинэн.

«Традиционные методы селекции работают медленно, часто требуются десятилетия для разработки новых устойчивых сортов», — добавил он.

«Для миллионов фермеров, которые зависят от выращивания какао, и миллиардов людей, которые наслаждаются шоколадом, это исследование даёт надежду на более устойчивое и безопасное будущее — по одному точному генетическому изменению за раз».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте