Прививка с эпигенетически модифицированным подвоем дает неожиданный результат

Новые привитые растения — состоящие из подвоя, эпигенетически модифицированного так, чтобы он «считал», что пережил стресс, и привитого к немодифицированному привою (надземной части), — дают потомство, которое более жизнеспособно, продуктивно и устойчиво, чем родительские растения.

Это неожиданное открытие сделала команда исследователей, проводившая масштабные полевые испытания с растениями томата в трех удаленных друг от друга локациях на протяжении нескольких поколений. Они утверждают, что это открытие, ставшее результатом сотрудничества Университета штата Пенсильвания, Университета Флориды и небольшого стартапа в Небраске, имеет большое значение для селекции растений.

Поскольку метод основан на эпигенетике — управлении экспрессией существующих генов, а не внедрении нового генетического материала от другого растения, — культуры, выведенные с его помощью, могут избежать споров, связанных с генетически модифицированными организмами и продуктами.

Механизм «стрессовой памяти»

В основе метода — манипуляция экспрессией гена MSH1 у растений-подвоев для индукции «стрессовой памяти». Эта память наследуется частью потомства, давая ему потенциал для более энергичного, выносливого и продуктивного роста.

Ген MSH1 дает доступ к пути, контролирующему широкий спектр сетей устойчивости растений. Когда растение испытывает стресс, такой как засуха или длительная экстремальная жара, оно может быстро адаптироваться к окружающей среде, становясь фенотипически «пластичным». И, как выяснилось, оно это «помнит».

Результаты полевых испытаний

Ключевое открытие, опубликованное в Nature Communications, заключается в том, что эти «запомненные» признаки передаются от корней через прививку к верхней части растения.

• Потомство привитых растений томата было в среднем на 35% продуктивнее.
• Эта повышенная жизнеспособность сохранялась у потомства на протяжении пяти поколений.
• Растения также показали повышенную выносливость. Во время испытаний в 2018 году поля томатов затопило, уничтожив растения из других экспериментов, но потомство привитых растений в основном выжило и затем процветало.
• Превосходная выживаемость потомства была подтверждена и в других полевых испытаниях в Калифорнии и Флориде.

Значение для сельского хозяйства

Исследование представляет собой первую реальную демонстрацию пригодного для сельского хозяйства метода эпигенетической селекции. Технология готова к немедленному внедрению.

«Все, что мы делаем, может повторить любой селекционер, и теперь мы в крупном масштабе показали, что это имеет сельскохозяйственную ценность. Метод готов к использованию», — отмечают авторы. Технология применима не только к томатам, но и к любым растениям, включая деревья, что важно в условиях изменения климата.