Новая технология генного драйва на основе CRISPR для растений
Сорняки, такие как устойчивый к гербицидам Amaranthus palmeri (пальмовая щирица), представляют серьёзную угрозу для сельского хозяйства. Чтобы вернуть таким сорнякам чувствительность к гербицидам, необходимо изменить их генетику. Для распространения определённого признака в популяции, даже если он не даёт преимущества носителю, используется "генный драйв". Он применяется для модификации популяции (например, повышения устойчивости к болезням) или её подавления (сокращения численности).
Исследователи из Калтеха разработали новую технологию генного драйва для растений — ClvR (произносится "клевер"). Ключевые особенности:
Первый инженерный генный драйв в растениях.
Действует на уровне половых клеток (гамет) растения.
Может быть самоограничивающимся, распространяя нужные гены лишь ограниченное число поколений.
Позволяет проводить видоспецифичные модификации, предотвращая случайное редактирование при перекрёстном опылении.
Работа опубликована в журнале Nature Plants 17 июня.
Как работает ClvR
Система использует CRISPR/Cas9 по принципу "токсин/антидот":
- Токсин: Cas9 запрограммирован уничтожать в гаметах ген, необходимый для их выживания.
- Антидот (Rescue): Гаметы, несущие систему ClvR, также содержат неповреждённую версию этого же целевого гена ("антидот"), что обеспечивает их выживание.
- Полезный груз: К этому "антидоту" привязан "грузовой" ген (cargo gene) — тот признак, который нужно распространить в популяции (например, чувствительность к гербициду).
Таким образом, выживают и дают потомство только те гаметы, которые несут и "антидот", и "грузовой" ген, что заставляет последний закрепляться в популяции.
"Есть два способа выиграть гонку: быть лучше всех остальных участников или подставить подножку всем другим бегунам", — говорит профессор Брюс Хэй. — В данном случае система ClvR "подставляет подножку" всем другим хромосомам, которые могли бы быть унаследованы потомством, обеспечивая выживание только половых клеток с желаемым грузом".
Гибкость и применение
Система ClvR настраиваема:
- Видоспецифичность: Гены "токсина" и "антидота" можно подобрать так, чтобы они работали только у целевого вида растений.
- Разные цели "грузового" гена: Повышение устойчивости к гербицидам, жаре или болезням (эволюционное спасение).
- Подавление популяции: Систему можно настроить для создания высокой доли стерильных самок, что приводит к коллапсу популяции сорняка или инвазивного вида.
"Система ClvR предоставляет универсальный видоспецифичный инструмент для изменения генетики популяций растений, что может помочь в решении глобальных проблем, таких как продовольственная безопасность, устойчивость исчезающих видов и экосистем, которым угрожают инвазивные виды и изменение климата", — заключает Хэй.