Многие растения, включая какао, кофе и авокадо, не поддаются генной модификации, но технология, включающая прививку, может изменить это, открывая путь к более продуктивным и питательным сортам.
Кофейные растения можно размножать, прививая побег на подвой другого растения. sirichai_asawalapsakul/Getty Images
Древний прием прививки одного растения на другое может найти очень современное применение, позволяя редактировать гены растений, которые очень трудно или невозможно редактировать другими способами.
«Это все еще начальная стадия развития, но у этой методики большой потенциал», — говорит Уго Рого из Пизанского университета в Италии.
Повышение продуктивности и питательности растений жизненно важно для борьбы с огромным ущербом, наносимым сельским хозяйством, и для ограничения роста цен на продукты питания в условиях роста населения мира и всё большего влияния изменения климата на урожайность. Точные изменения, которые можно внести с помощью генного редактирования CRISPR, — лучший способ добиться этого.
Однако редактирование генов растений — сложная задача, поскольку, в отличие от животных клеток, у растений жёсткие клеточные стенки. Традиционная генная инженерия растений включает в себя такие методы, как обстрел растительных клеток гранулами, пропитанными ДНК (биолистика), или использование природного генно-инженерного микроба, известного как агробактерия.
Эти подходы основаны на создании целых растений из модифицированных клеток, но со многими растениями, особенно деревьями, это невозможно. Например, это не работает с какао, кофе, подсолнечником, маниокой или авокадо.
Даже для растений, где это работает, существует ещё одна серьёзная проблема. Когда редактирование генов используется для индукции крошечных мутаций, которые очень распространены в природе, регулирующие органы ряда стран рассматривают это как эквивалент стандартной селекции растений, что означает, что такие растения могут получить одобрение без длительных и дорогостоящих испытаний, необходимых для обычных генетически модифицированных растений. Однако при биолистике и использовании агробактерий в геномы растений часто встраивается дополнительная ДНК, поэтому им придётся пройти полный процесс регулирования.
Ученые, изучающие растения, пытаются найти способы редактирования генома растений, которые подойдут для большего числа видов и не приведут к добавлению нежелательных фрагментов ДНК в геном. Один из вариантов — использовать вирусы для доставки РНК, кодирующей части инструментария CRISPR, в растительные клетки. Проблема заключается в том, что белок Cas9, широко используемый для редактирования генов, очень большой, поэтому кодирующая его РНК не помещается в геном большинства вирусов.
В 2023 году Фридрих Краглер из Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка в Германии представил другой подход. Он знал, что корни растений производят особый тип РНК, способный перемещаться по растению и проникать в клетки побегов и листьев.
Поэтому его команда генетически модифицировала растения, чтобы получить такие РНК, кодирующие два ключевых компонента CRISPR: белок Cas, осуществляющий редактирование, и направляющую РНК, которая указывает, где именно нужно производить редактирование. Затем они привили побеги немодифицированных растений к корням модифицированных растений и показали, что это привело к редактированию генов некоторых побегов и семян.
Рого и его коллеги считают этот подход настолько перспективным, что написали статью, в которой подробно описывают его и призывают других к его развитию. «Прививка даёт нам возможность использовать систему CRISPR на деревьях или растениях, например, на подсолнечнике», — говорит Рого.
Главное преимущество прививки заключается в том, что относительно дальнеродственные растения можно прививать друг к другу — например, можно привить ростки томата на подвой картофеля. Поэтому, хотя невозможно генетически модифицировать подвой подсолнечника для редактирования генов, должно быть возможно модифицировать родственные растения для создания совместимого подвоя.
Как только появится корневой подвой, производящий необходимые РНК, его можно использовать для редактирования генов самых разных растений. «Вы можете использовать корни для доставки Cas9 и руководства по редактированию для самых разных элитных сортов», — говорит Джулиан Хибберд из Кембриджского университета.
«Создание трансгенного подвоя не требует больших усилий, учитывая, что его нужно создать всего один раз, а затем его можно использовать вечно и для разных видов», — говорит Ральф Бок, который также работает в Институте Макса Планка, но не входит в команду Крэглера.
Например, лишь некоторые сорта винограда, такие как Шардоне, способны регенерироваться из отдельных клеток и, следовательно, могут быть модифицированы. Но как только будет создан подвой Шардоне с редактированием генов, обеспечивающий, например, устойчивость к болезням, он будет работать со всеми сортами винограда и даже более того.
Рого также рассматривает возможность сочетания прививки с вирусным подходом. Подвои можно использовать для доставки больших мРНК для Cas9, а вирусы – для доставки направляющих РНК. Таким образом, по его словам, один и тот же подвой можно использовать для множества различных изменений генов.
Международный журнал молекулярных наук DOI: 10.3390/ijms26199294
Источник: www.newscientist.com
