Ученые из Института биоорганической химии Польской академии наук в Познани создали технологию, которая значительно ускоряет генное редактирование бобовых культур. Новый двухэтапный метод на основе CRISPR/Cas9 позволит быстрее выводить сорта растений с нужными свойствами, в частности – с повышенной устойчивостью к болезням.
Исследование проводили на модельном бобовом растении Medicago truncatula, которое служит ориентиром для работ с такими культурами, как соя, горох и нут. До сих пор функциональный анализ генов бобовых был затруднен: существующие методы не позволяли надежно и быстро «отключать» отдельные гены, чтобы изучить их роль. Это тормозило, в частности, исследования механизмов защиты растений от патогенов.
Польский коллектив предложил двухэтапный подход. Сначала эффективность инструментов для редактирования генома проверяют на так называемых «волосатых корнях» – генетически трансформированных корнях, которые можно вырастить за несколько недель. Этот этап позволяет отсеять нерабочие компоненты, которые, несмотря на благоприятные компьютерные прогнозы, на практике оказываются неэффективными.
После того как инструмент доказал свою действенность на корнях, его применяют для стабильной трансформации целых растений. На следующих этапах селекции ученые смогли вывести линии, в которых целевой ген изменен, а сам инструментарий CRISPR/Cas9 полностью удален из генома. Такие растения не несут в себе чужеродной ДНК, что упрощает их дальнейшее изучение и снимает многие регуляторные ограничения, действующие в отношении ГМО.
В ходе работы исследователи «выключили» ген MtABCG46, который отвечает за транспортировку защитных химических соединений внутри растения. Полученные линии без этого гена стали основой для изучения его роли в противостоянии грибковым заболеваниям. Ученые также проанализировали, как соседние гены компенсируют отсутствие MtABCG46, чтобы понять работу защитной системы в целом.
Разработанный метод, по сути, представляет собой готовый алгоритм, который могут использовать другие лаборатории мира. Он превращает длительный и непредсказуемый процесс генной модификации растений в стандартизированную процедуру. Это открывает возможности для системного изучения генов, отвечающих за устойчивость к болезням и стрессам, что имеет стратегическое значение для продовольственной безопасности.