Перепрограммирование генов защиты растений для сокращения потерь урожая
Растения можно генетически перепрограммировать для устойчивости к губительным болезням, что значительно сократит потери урожая во всем мире. К такому выводу пришли исследователи из Уорикского университета в рамках работы по синтетической биологии.
Под руководством профессора Деклана Бейтса из Уорикского центра интегративной синтетической биологии (WISB) и профессора Кэтрин Денби из Йоркского университета (также ассоциированного члена WISB) ученые разработали систему генетического контроля. Она позволяет растениям усиливать защитный ответ против патогенов, чтобы оставаться здоровыми и продуктивными.
При атаке патогенов на сельскохозяйственные культуры последние не только служат источником энергии и питательных веществ для вредителей, но и становятся мишенью для подавления иммунного ответа, что ослабляет защиту и делает растения более уязвимыми.
На основе экспериментальных данных, полученных профессором Денби, группа профессора Бейтса смоделировала атаку патогена на растения Arabidopsis и предложила способ перепрограммирования генной сети растения. Это создает систему управления с обратной связью для борьбы с болезнью, работающую по принципу автопилота самолета.
Подобно тому, как автопилот обнаруживает возмущения вроде порывов ветра или турбулентности и противодействует им, эта новая система контроля растений обнаруживает атаку патогена и не дает ему ослабить защитный ответ растения.
Этот метод может повысить устойчивость сельскохозяйственных культур к болезням, помогая сократить потери урожая во всем мире. Поскольку систему можно реализовать, перестраивая естественные защитные механизмы растений, не требуется добавления внешних генетических схем.
Деклан Бейтс, профессор биоинженерии Школы инженерии Уорикского университета:
"Болезни, засуха и экстремальные температуры вызывают значительные потери урожая по всему миру, угрожая продовольственной безопасности. Поэтому крайне важно искать новые пути создания культур, устойчивых к атакам патогенов и способных сохранять урожайность в сложных условиях. Это исследование показывает огромный потенциал использования обратной связи для усиления естественных защитных механизмов растений".
Кэтрин Денби, профессор устойчивого производства сельскохозяйственных культур и директор программы N8 AgriFood Resilience в Йоркском университете:
"Сведение к минимуму потерь урожая, очевидно, является важной частью создания более устойчивой продовольственной системы. Увлекательно здесь то, что мы применяем инженерные принципы к биологии растений, чтобы предсказать, как перестроить регуляцию генов для повышения устойчивости к болезням. Мы используем перепрограммирование существующих генов растения, чтобы предотвратить манипуляции со стороны патогена".
Следующими шагами исследования станут лабораторные испытания и экспериментальная реализация системы защитного контроля с обратной связью в растениях.
Исследование 'A Framework for Engineering Stress Resilient Plants Using Genetic Feedback Control and Regulatory Network Rewiring' опубликовано в журнале ACS Synthetic Biology.