Китайские ученые призвали кардинально пересмотреть подходы к генетической модификации кормовых культур, от которых зависят мировые отрасли мясо-молочного животноводства. В обзорной статье, опубликованной в Plant Cell Reports, исследователи утверждают, что десятилетиями в биотехнологии доминировал ошибочный подход: кормовые злаки и бобовые рассматривали как единую группу, что тормозило создание новых сортов.
Авторы из Северо-Западного университета сельского и лесного хозяйства в Янлине проанализировали существующие технологии и пришли к выводу, что злаковые (райграс, овсяница) и бобовые (люцерна, клевер) культуры сталкиваются с принципиально разными барьерами при генетической трансформации. Успешному переносу генов мешают пять основных факторов: реакция растения-хозяина на агент доставки ДНК, эффективность самой доставки, способность клеток к регенерации в целое растение, сильная зависимость от генотипа и генетическая стабильность полученных линий. Сочетание этих препятствий для злаков и бобовых уникально, поэтому методы, оптимизированные для одной группы, неэффективны для другой.
Для бобовых основным инструментом остается агробактериальная трансформация, которую применяют с 1986 года. Однако, по мнению ученых, успешность этого метода часто завышают, поскольку во многих исследованиях за результат принимают временную экспрессию генов, а не создание стабильных и плодовитых растений. Для злаков исторически чаще использовали метод биобаллистики – «обстрел» клеток микрочастицами с ДНК. Этот способ сопряжен с риском повреждения клеток и непредсказуемыми изменениями в геноме.
Наиболее значимым прорывом за последнее время авторы считают использование так называемых морфогенных регуляторов. Эти гены, например BABY BOOM и WUSCHEL, заставляют растительные клетки переходить в эмбриональное состояние, что позволяет обойти барьеры регенерации, от которых зависит конкретный генотип. Технология уже показала свою эффективность на сортах просо, которые ранее не поддавались модификации. Ученые, однако, предупреждают, что неконтролируемое применение этих мощных регуляторов может привести к аномалиям в развитии растений.
Другие технологии, включая использование протопластов (клеток без оболочки), вирусных векторов и наночастиц, пока не доказали свою эффективность для создания стабильно наследуемых признаков у кормовых культур. Технология CRISPR/Cas уже приносит результаты, но она упирается в те же проблемы с доставкой генетического материала и последующей регенерацией растений. Особенно это усложняется для полиплоидных культур вроде люцерны, где для проявления признака нужно отредактировать все копии гена.
Исследователи предлагают ввести более строгие стандарты для оценки успешности трансформации. Протоколы должны подтверждать свою работоспособность на нескольких генотипах, а в отчетах необходимо четко разделять временные эффекты, стабильные изменения и признаки, которые наследуются. По мнению авторов, ключ к прогрессу – не в поиске универсального метода, а в разработке отдельных стратегий для злаков и бобовых, признавая их глубокие биологические различия.