Генетические инструменты позволяют быстрее и проще модифицировать растения

Большие геномы растений, например, у редкого японского цветка в 50 раз превышающего размер человеческого, затрудняют внесение точных генетических изменений для изучения роста или придания устойчивости к вредителям.

Один из методов — recombineering — позволяет вносить изменения в крупные сегменты ДНК, но ранее редко использовался в фитобиологии. Исследователи из Университета штата Северная Каролина (NC State) разработали новый набор генетических инструментов, чтобы сделать recombineering генов растений быстрее и доступнее. Методы опубликованы в журнале Plant Cell, а набор инструментов доступен через Arabidopsis Biological Resource Center.

Доступность для лабораторий

Доцент Хосе Алонсо отметил, что ранее recombineering был прерогативой узкоспециализированных лабораторий. Новый инструментарий должен сделать его доступным для любой молекулярно-биологической лаборатории, повысив точность и надёжность фундаментальных исследований, лежащих в основе улучшения устойчивости растений, урожайности и продления сезона роста.

Преимущество подхода

Соавтор работы Анна Степанова пояснила, что метод позволяет вставить в растение дополнительную копию целевого гена, окружённую теми же крупными фланкирующими последовательностями ДНК, которые регулируют его работу в хромосоме. Это сохраняет нормальное генное окружение и позволяет точно отслеживать, когда и где ген включается или выключается, что даёт более точные данные для исследований.

Универсальность и масштабируемость

Инструментарий применим практически к любым видам растений, включая культуры (кукуруза, рис, томаты), но проще в использовании на модельном растении Arabidopsis thaliana.

В набор входят инструменты для:

• Добавления флуоресцентных меток к белкам для отслеживания их локализации.
• Обрезки избыточных или проблемных последовательностей ДНК.
• Упрощения переноса модифицированного гена в растение.

Метод масштабируем: от модификации одного гена до высокопроизводительного скрининга 96 генов одновременно. Также возможна вставка нескольких модифицированных генов в одно растение, включая целые каскады для производства ценных соединений (например, лекарств).

Создание и тестирование

Инструментарий создавался в лаборатории Алонсо-Степановой в течение восьми лет по мере необходимости для других проектов. Ключевую роль в разработке сыграли исследователи Хавьер Брумос и Ченгсонг Чжао при участии трёх студентов-бакалавров.

Для тестирования набора исследователи добавили жёлтую флуоресцентную метку к 96 генам, участвующим в синтезе растительных гормонов. Модифицированные гены перенесли в растения Arabidopsis. Часть проростков унаследовала эти гены и проявляла желтое свечение в определённых условиях, что позволило изучить, когда и где растения производят или реагируют на гормон роста ауксин.