CRISPR/Cas9-редактирование гена полигалактуроназы FaPG1 повышает твердость плодов клубники

Культурная земляника садовая (Fragaria × ananassa, Duch.) — важная сельскохозяйственная культура, но ее мягкая текстура приводит к короткому сроку хранения и экономическим потерям. Размягчение плодов связано с деградацией пектина в клеточной стенке, в котором ключевую роль играют ферменты полигалактуроназы (PGs).

Цель и метод исследования

В исследовании, опубликованном в Horticulture Research в феврале 2023 года, для улучшения твердости плодов использовали систему CRISPR/Cas9 для нокаута гена FaPG1.

  • Последовательность гена FaPG1 (FxaC_21g15770 в геноме Camarosa) использовали для подбора sgRNA, нацеленной на первый экзон.
  • Конструкцию с sgRNA клонировали в вектор pDe-CAS9 и вводили в растения клубники сорта "Chandler" с помощью Agrobacterium tumefaciens.

Результаты редактирования

  • Было получено более 15 устойчивых линий, у десяти из которых подтверждено успешное редактирование FaPG1.
  • Эффективность редактирования варьировала от 47% до почти 100%.
  • Анализ выявил 14 различных отредактированных последовательностей, преимущественно с делециями. Это привело к сдвигу рамки считывания, потере аминокислот или их замене.

Фенотипические изменения

  • Вегетативный рост отредактированных растений не отличался от дикого типа.
  • Плоды большинства линий были менее вытянутыми и более "квадратными" (соотношение длина/ширина было ниже).
  • Твердость плодов при сборе урожая значительно возросла почти во всех отредактированных линиях. Наблюдалась четкая положительная корреляция между степенью редактирования FaPG1 и твердостью.
  • После сбора урожая отредактированные плоды медленнее размягчались и показали повышенную устойчивость к грибковой гнили, в частности, к Botrytis cinerea.

Проверка на нецелевые эффекты

  • Инструмент CRISPOR предсказал четыре возможных гена-мишени для нецелевого редактирования.
  • Тестирование линий с наибольшим процентом редактирования не выявило нецелевых мутаций.

Вывод

Исследование успешно продемонстрировало, что редактирование гена FaPG1 с помощью CRISPR/Cas9 повышает твердость плодов клубники, замедляет их размягчение после сбора и усиливает устойчивость к грибковым патогенам, что в целом значительно продлевает срок хранения. Это подчеркивает потенциал генного редактирования для улучшения агрономических признаков у культурных растений.

2023-11-14