Ученые использовали технологию CRISPR для редактирования генов сельскохозяйственных культур

Технология редактирования генов CRISPR позволяет добиться быстрого научного прогресса во многих областях, включая здоровье человека. Теперь показано, что исследования сельскохозяйственных культур также могут выиграть от этой новейшей технологии.

Команда ученых из Центра Джона Иннеса и Лаборатории Сэйнсбери (Великобритания) продемонстрировала, что новейшая технология редактирования генов CRISPR может быть использована для внесения целевых изменений в специфические гены двух культур Великобритании — Brassica (похожей на брокколи) и ячменя. Эти изменения сохраняются в последующих поколениях. Более того, возможно отделить и удалить трансгены, использованные в процессе редактирования, так что последующие поколения растений по своему составу будут неотличимы от растений, выведенных традиционными методами селекции.

До сих пор было мало информации об эффективности технологии CRISPR в сельскохозяйственных культурах и о том, сохраняются ли изменения генов в последующих поколениях. Также было проведено мало исследований, анализирующих вероятность возникновения нецелевых изменений (off-target edits) у растений.

Цель исследования, опубликованного в Genome Biology, заключалась в изучении того, приведет ли использование CRISPR к изменениям в целевых участках ДНК у обоих типов растений (однодольных и двудольных), будут ли изменения присутствовать в последующих поколениях, а также как часто и каким образом происходят нецелевые изменения.

• У ячменя редактировали ген, который, как считается, влияет на покой зерна — важный сельскохозяйственный признак.
• У Brassica редактировали ген, влияющий на растрескивание семенных коробочек.

В обоих случаях были получены растения с небольшими изменениями, затрагивающими всего 1–6 пар оснований ДНК в целевом гене. Этих изменений было достаточно, чтобы нарушить работу целевого гена. Процесс редактирования включал введение трансгенов для нацеливания на конкретный ген и создания разрыва в его последовательности ДНК. Небольшие изменения в последовательности происходили при репарации этого разрыва с использованием собственных механизмов восстановления растения. В ходе исследования ученые идентифицировали растения из последующих поколений, которые содержали нужное изменение, но не содержали вызвавших его трансгенов.

Помимо изменения целевого гена, как у ячменя, так и у Brassica иногда обнаруживались нецелевые изменения в очень близкородственном гене. Это может быть полезно для культур, где часто существует несколько членов близкородственных генов в одном семействе, и может быть желательно отредактировать более одного из них. Работа также дает информацию о том, как использовать систему CRISPR для гарантии редактирования только целевого гена, если это требуется.

Профессор Венди Харвуд, один из ведущих авторов и специалист по редактированию генов в Центре Джона Иннеса, сказала:

«Прелесть техники CRISPR в том, что она может создавать небольшие изменения в специфических генах, достаточные, чтобы остановить их работу. Остановка работы определенных генов — один из способов создания устойчивых к болезням культур, например, к мучнистой росе, или получения культур без нежелательных соединений, включая токсины. Конечные растения, произведенные таким образом, не имеют дополнительной вставленной ДНК, поэтому они по сути такие же, как растения с естественными изменениями генов или растения, выведенные с использованием обычных методов мутационной селекции».

Потепление климата и постоянно адаптирующиеся и вирулентные болезни растений представляют угрозу для продовольственной безопасности. В наименее развитых странах, где бедность и неурожаи могут вызывать голод и недоедание, угрозы еще больше. Эта недавняя работа в Центре Джона Иннеса показывает, что редактирование генов с помощью метода CRISPR — это еще один, очень полезный и потенциально высокоэффективный способ адаптировать наши культуры к вызовам, включая изменение климата и болезни.