Редактирование генома vs естественные мутации: как меняется размер томатов

Тысячи лет эволюция формировала томаты через естественные мутации. Затем появился человек.

Веками мы занимались селекцией и отбирали растения с желаемыми признаками. Сегодня редактирование генома CRISPR позволяет создавать новые мутации для дальнейшего улучшения признаков. Однако отдельные мутации, будь то естественные или созданные инженерным путём, не работают изолированно. Каждая из них действует в море тысяч так называемых фоновых мутаций, накопленных в ходе эволюции и сельскохозяйственной истории. Что, если всего одна такая мутация может кардинально изменить ожидаемый результат от целевой инженерной мутации?

Генетик растений и специалист по вычислительной науке из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) объединились, чтобы исследовать, насколько предсказуема селекция растений с естественными и CRISPR-мутациями. Для этого они повернули эволюционные часы вспять. Их работа опубликована в журнале Science.

Профессор CSHL и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза Закари Липпман и доцент Дэвид Маккэндлиш задались вопросом, могут ли разные естественные и инженерные мутации оказывать схожий эффект на размер томатов в зависимости от наличия двух других мутаций в генах. С помощью CRISPR они создали серию мутаций в гене SlCLV3 (естественная мутация этого гена известна тем, что увеличивает размер плодов). Затем они комбинировали эти мутации с другими в генах, которые работают совместно с SlCLV3.

В общей сложности они создали 46 линий томатов с различными комбинациями мутаций. Они обнаружили, что мутации в SlCLV3 давали более предсказуемые эффекты, когда присутствовали определённые другие мутации. Мутации в одном гене приводили к предсказуемым изменениям размера томатов, а мутации в другом давали случайные результаты. Примечательно, что наиболее полезный эффект был связан с двумя мутациями, возникшими тысячелетия назад и сыгравшими ключевую роль в одомашнивании томатов.

Новое исследование Маккэндлиша и Липпмана может помочь лучше понять предсказуемость генетики. Но одно можно сказать наверняка: контекст имеет значение при внедрении новых мутаций в сельскохозяйственные культуры. Липпман поясняет:

«Является ли редактирование генома способом быстро привнести пользу для потребителя — лучший вкус, питательность? Ответ, вероятно, да. Вопрос в том, насколько это будет предсказуемо».

Работа Липпмана и Маккэндлиша предполагает, что роль фоновых мутаций требует переоценки. «С этой проблемой придётся столкнуться, когда мы начнём создавать более сложные инженерные организмы, — говорит Маккэндлиш. — Как только вы делаете 10, 20 мутаций, вероятность непредвиденных результатов может возрасти».

Книга эволюции написана на многих разных языках, большинство из которых мы ещё только изучаем. Генетика растений и вычислительная биология предлагают два способа расшифровать этот текст. Липпман и Маккэндлиш надеются, что их совместная интерпретация поможет науке справиться с этой задачей. В перспективе это также может помочь человечеству адаптировать сельскохозяйственные культуры к постоянно меняющимся потребностям общества.