Ускоренное выращивание трансгенных растений за несколько недель

от

Биологи-растениеводы разработали метод выращивания трансгенных и генно-редактированных растений, который сокращает длительный и дорогостоящий процесс с месяцев до недель.

Метод, опубликованный в Molecular Plant

Исследователи использовали естественную способность растений к регенерации после повреждения или обрезки. Они ввели бактерии, несущие генетические инструкции для заживления ран и регенерации, в место повреждения растения. Это спровоцировало рост новых побегов, некоторые из которых были трансгенными и генно-редактированными.

Метод показывает потенциал даже для видов, которые обычно трудно или невозможно регенерировать, таких как соевые бобы.

«Регенерация растений долгое время была серьёзным ограничением в биотехнологии сельскохозяйственных культур», — говорит старший автор и специалист по геномике растений Гунвант Патил из Техасского технического университета. «Наш метод использует врождённую регенеративную способность растений для быстрого производства генно-редактированных побегов, минуя месяцы традиционной тканевой культуры. Это нововведение может изменить подход к созданию улучшенных сортов сельскохозяйственных культур следующего поколения».

Традиционный метод и нововведения

Обычно при создании трансгенных или генно-редактированных растений биологи редактируют ДНК отдельной растительной клетки, которую затем стимулируют к росту в новое растение. Для таких видов, как томаты, которые относительно легко регенерировать, этот процесс занимает не менее четырёх месяцев; для более сложных видов, таких как хлопок, — почти год; а для некоторых растений, таких как бобы и перец, тканевая культура крайне затруднена.

Чтобы ускорить этот процесс, исследователи использовали естественную способность растений к регенерации после повреждения. Когда растение получает рану, оно запускает молекулярный каскад, который сначала запечатывает рану, создавая твёрдый каллус, а затем стимулирует деление клеток и дифференциацию для замены утраченной ткани. Этот процесс регулируется белком под названием WIND1, который активирует ряд других белков, участвующих в дифференциации клеток и росте побегов.

«Это похоже на эстафету: как только WIND1 активируется, он активирует следующий шаг, ESR1, который затем активирует следующий шаг», — говорит Патил.

Чтобы одновременно вызвать регенерацию и внедрить новую ДНК в растения, исследователи использовали бактерии Agrobacterium, которые естественным образом внедряют свою ДНК в клетки растений. Они вставили генетические инструкции для WIND1, ESR1 и нескольких других генов регенерации в Agrobacterium, а также ген, вызывающий красную окраску. Затем они обрезали растения и применили генетически модифицированное Agrobacterium к месту повреждения.

«Вы обезглавливаете растение, вы прививаете Agrobacterium, а затем побеги, которые вырастают из раны, дадут начало семенам, которые будут трансгенными или генно-редактированными», — говорит соавтор и специалист по геномике растений Луис Эррера-Эстрелла из Техасского технического университета. «Эта техника может помочь нам трансформировать виды, которые обычно очень трудно выращивать в тканевой культуре, потому что это быстрее и естественнее».

Результаты испытаний

Исследователи сначала протестировали метод на растениях табака, которые легко регенерировать. Они показали, что применение Agrobacterium ускорило образование каллуса и рост новых побегов и успешно произвело красные трансгенные побеги примерно в 35% случаев. Когда они протестировали метод на томатах, которые немного сложнее выращивать, он произвёл трансгенные растения в 21% случаев.

Метод изначально не увенчался успехом при работе с соевыми бобами, которые, как известно, трудно регенерировать. Однако исследователи смогли заставить его работать с некоторыми изменениями. Вместо того чтобы наносить Agrobacterium на обрезанные побеги, они нанесли бактерии на семена сои, которые были стимулированы к прорастанию. Затем они вырастили сою в тканевой культуре в течение 3,5 недель, прежде чем перенести её в почву. С помощью этого модифицированного метода исследователи смогли произвести трансгенные побеги в 28% случаев.

«При использовании традиционного метода нам нужно выращивать сою в тканевой культуре не менее 3–4 месяцев, поэтому сокращение этого времени до 3,5 недель — это огромный прогресс», — говорит Патил. «Это первый шаг, и сейчас мы работаем над точной настройкой этой технологии, чтобы применить её к более сложным культурам, таким как нут, обыкновенная фасоль и многие другие культуры».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте