Ультракороткие вставки РНК обеспечивают масштабируемое и экономически эффективное подавление генов в сельском хозяйстве

от

Группа исследователей из Испанского национального исследовательского совета (CSIC) добилась значительного прогресса в области биотехнологии растений, разработав новый метод подавления генов. Новая методика использует ультракороткие последовательности рибонуклеиновой кислоты (РНК), переносимые генетически модифицированными вирусами, для достижения генетического подавления, что позволяет настраивать характеристики растений.

Работа опубликована в журнале Plant Biotechnology Journal. Она открывает новые возможности для улучшения сельскохозяйственных культур, функциональной геномики и устойчивого развития сельского хозяйства.

Технология вирусных векторов

Технология вирусных векторов включает модификацию вирусов путём удаления генетического материала, вызывающего заболевание, чтобы превратить их в носители, переносящие последовательность РНК, которая должна быть введена в организм. Эта методика, применяемая к растениям, уже доказала свою эффективность в экспериментальных условиях, вызывая цветение и ускоряя разработку улучшенных сортов сельскохозяйственных культур, модифицируя архитектуру растений для облегчения адаптации к механизации, повышая устойчивость к засухе и производя метаболиты, полезные для здоровья человека.

Оптимизация технологических платформ

Метод, разработанный CSIC совместно с Валенсийским университетским институтом исследований по сохранению и улучшению агроразнообразия (COMAV) и Итальянским департаментом приложений и инноваций в суперкомпьютинге (Cineca), представляет собой оптимизацию технологических платформ для ускорения разработки и проверки сельскохозяйственных приложений на основе вирусных векторов.

«Мы внедрили подходы синтетической биологии, совместимые с будущим промышленным производством», — говорит Фабио Пасин, исследователь Рамона-и-Кахаля в Центре биологических исследований Маргариты Салас (CIB-CSIC), возглавлявший исследование.

Новый метод: vsRNAi

Новая методика, называемая вирус-опосредованными короткими вставками РНК (vsRNAi), представляет собой прорыв в области, исследующей использование вирусных векторов для улучшения агрономических характеристик сельскохозяйственных культур. Используя безвредный для растений вирус, короткие молекулы РНК транспортируются в растения, запуская процесс, известный как РНК-интерференция (RNAi), для специфического подавления генов, предотвращая трансляцию информации в гене в белок.

Исследователи использовали комбинацию сравнительной геномики и транскриптомики для разработки vsRNAi, нацеленного на определённые гены в растениях, продемонстрировав, что вставка таких коротких последовательностей РНК, состоящих из 24 нуклеотидов (основных структурных единиц рибонуклеиновой кислоты), может эффективно подавлять гены в растениях.

«Эта инновация значительно сокращает размер и сложность традиционных конструкций, индуцирующих подавление генов с помощью вирусов, что позволяет быстрее, дешевле и масштабнее применять методику», — отмечает Пасин.

Для достижения этого исследовательская группа сосредоточилась на гене CHLI, который необходим для биосинтеза хлорофилла, и разработала вирусные векторы, которые несли вставки длиной от 20 до 32 нуклеотидов, которые были введены в модельное растение. Обработанные образцы показали видимое пожелтение листьев и значительное снижение уровня хлорофилла, что подтверждает надёжное подавление генов.

«Секвенирование малых РНК показало, что подход vsRNAi запускает производство малых РНК длиной 21 и 22 нуклеотида, что коррелирует с эффективной негативной регуляцией, процессом, при котором экспрессия гена снижается или останавливается», — добавляет исследователь CIB-CSIC.

Работа включала применение этого нового подхода к модельным растениям Nicotiana benthamiana, демонстрируя его эффективность в создании желаемых фенотипических изменений у сельскохозяйственных культур семейства Solanaceae, одного из самых важных в мире, поскольку оно включает овощи и основные культуры для потребления человеком, такие как картофель.

Преимущества нового метода

Среди преимуществ нового метода перед существующими техниками RNAi — его простота, специфичность, экономичность, а также отсутствие стабильных модификаций в геномах растений.

«Это крупный прорыв в области биотехнологии растений, и мы воодушевлены его потенциальными приложениями», — говорит Пасин. «Мы считаем, что эта методика может стать революционным изменением для фундаментальных исследований, особенно для немодельных растений с ограниченной доступностью генетических ресурсов и биотехнологических инструментов, а также для сельского хозяйства, поскольку она позволяет изменять характеристики сельскохозяйственных культур по требованию и осуществлять селективный контроль над вредителями и болезнями».

Результаты имеют значительное значение для сельского хозяйства, поскольку их можно использовать для временной модификации характеристик сельскохозяйственных культур для достижения определённых фенотипов, повышающих урожайность, устойчивость к болезням и питательную ценность. Кроме того, переносимость vsRNAi между видами подчёркивает его потенциал для высокопроизводительной функциональной геномики и модуляции конкретных признаков как у модельных культур, так и у недостаточно используемых культур.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте