CRISPR-технология позволила обнаружить сложные полигенные признаки у томатов

Исследователи из Тель-Авивского университета разработали метод генетического редактирования для сельскохозяйственных культур, который повлиял на различные признаки растений томата, включая вкус и форму плода. Учёные полагают, что эту инновационную технологию можно применять к широкому спектру культур и в конечном итоге использовать для выведения новых улучшенных сортов растений.

«Мы продемонстрировали, что с помощью нашей технологии можно выбирать определённые признаки и влиять на них — это важнейшая способность для развития сельского хозяйства и достижения продовольственной безопасности», — заявили исследователи.

Исследование провели профессор Эйлон Шани, профессор Итай Майроз и аспирант Амихай Берман (Школа наук о растениях и продовольственной безопасности Тель-Авивского университета) вместе с аспирантом Нин Су и доктором Юйцинь Чжан (Пекинский университет Китайской академии наук), а также доктором Оснат Янай из израильской агротехнологической компании NetaGenomiX. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Проблемы CRISPR в сельском хозяйстве

Профессор Шани объясняет, что технологии генетического редактирования, такие как CRISPR-Cas9, продвигаются для создания сортов растений с желаемыми признаками. Однако в сельскохозяйственном развитии этот метод столкнулся с фундаментальными проблемами:

1. Масштабируемость — число генов, которые можно было отредактировать и изучить, было очень мало.
2. Генетическая избыточность — разные гены из одного семейства, состоящие из схожих аминокислотных последовательностей, компенсируют друг друга, сохраняя признак даже при деактивации одного гена.

Решение: редактирование целых семейств генов

Чтобы преодолеть генетическую избыточность, учёные поставили цель одновременно изменять целые семейства схожих генов. Для этого они использовали специальный алгоритм, который по списку из тысяч генов, предназначенных для редактирования, подбирал подходящую CRISPR-единицу для каждого гена или группы генов, вызывающую нужную модификацию, и создавал CRISPR-библиотеки.

В текущем исследовании, впервые опробованном на сельскохозяйственной культуре (томате), учёные построили 10 библиотек, содержащих примерно 15 000 уникальных CRISPR-единиц, нацеленных на геном томата. Каждая единица была предназначена для воздействия на определённую группу генов из одного семейства.

Результаты эксперимента

С помощью CRISPR-единиц исследователи индуцировали редактирование примерно у 1300 растений томата, каждое с изменением в разной группе генов. Затем они отслеживали развитие каждого растения, чтобы проверить, проявились ли выбранные изменения в размере, форме, вкусе плода, использовании питательных веществ или устойчивости к патогенам. Были выявлены несколько линий с уровнем сладости ниже или выше, чем у контрольных растений.

Выводы и перспективы

«В этом исследовании с помощью нашего инновационного метода мы успешно внесли целевые генетические изменения в семейства генов растения томата и точно определили, какие генетические правки дали желаемый результат», — заключает профессор Шани.

Израильская агротехнологическая компания NetaGenomiX получила лицензию на коммерциализацию новой технологии с целью развития продовольственной безопасности путём создания не-ГМО культур, адаптированных к изменению климата.

Берман добавляет: «Мы считаем, что наше исследование открывает путь к селекции улучшенных сортов для широкого спектра культур, а также продвигает вперёд всю область науки о растениях. В последующих исследованиях мы работаем над развитием дополнительных выбранных признаков у томата и риса».