Ученые создали желтосемянную камелину с высоким выходом масла

Для достижения углеродной нейтральности в транспортном секторе растет спрос на масло, производимое непродовольственными культурами. Селекционеры, выбирая растения с высоким содержанием масла, ориентируются на желтые семена. У таких масличных культур, как рапс, желтосемянные сорта обычно дают больше масла, чем коричнево-семянные. Причина в том, что белок, ответственный за коричневый цвет семян (которого нет у желтосемянных растений), также играет ключевую роль в производстве масла.

Биохимики растений из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США использовали эти знания для создания нового высокоурожайного сорта масличной культуры. В статье, опубликованной в The Plant Biotechnology Journal, они описывают, как с помощью современных генетических инструментов создали желтосемянную разновидность Camelina sativa (близкой родственницы рапса), которая накапливает на 21.4% больше масла, чем обычная камелина.

"Если селекционеры получают увеличение производства масла на несколько процентов, они считают это значительным... Наше увеличение почти на 22% было неожиданным и потенциально может привести к резкому росту производства", — сказал биохимик Джон Шэнклин.

Простая идея, необычное растение

Идея создания этого высокоурожайного штамма камелины была простой: повторить то, что происходит у естественных высокоурожайных желтосемянных сортов рапса. Ключевым оказался ген, кодирующий белок Transparent Testa 8 (TT8). Этот белок контролирует производство соединений, придающих семенам коричневый цвет, и, что важно, подавляет некоторые гены, участвующие в синтезе масла.

Сяо-Хун Ю, руководивший проектом, предположил, что устранение TT8 у камелины должно снять это подавление и направить высвободившийся углерод на производство масла. Однако "выключить" этот ген у камелины сложно, так как это растение имеет гексаплоидный геном — шесть наборов хромосом (шесть копий каждого гена), а не два.

"Это объясняет, почему в природе не существует желтосемянных разновидностей камелины. Крайне маловероятно, чтобы мутации возникли одновременно во всех шести копиях TT8", — пояснил Ю.

Метод редактирования генов

Команда использовала технологию редактирования генов CRISPR/Cas9, чтобы целенаправленно деактивировать все шесть копий гена TT8. Желтый цвет семян стал визуальным маркером успеха.

"Это помогло нам найти нужные семена, просеяв менее 100 растений — среди которых мы идентифицировали три независимо возникшие линии, в которых все шесть генов были нарушены", — сказал Ю.

Результаты:

• Цвет семенной оболочки изменился с коричневого на желтый только у растений с деактивированными всеми шестью копиями TT8.
• В желтых семенах было ниже содержание флавоноидов и слизи — соединений, чьи биохимические пути контролирует TT8.
• Многие гены, участвующие в синтезе масла и производстве жирных кислот, экспрессировались на повышенных уровнях.
• Это привело к резкому увеличению накопления масла.
• Уровни белков и крахмала в измененных семенах остались неизменными.
• Целевые мутации TT8 стабильно наследовались в последующих поколениях растений.

"Наши результаты демонстрируют потенциал создания новых линий камелины путем редактирования генов... Понимание дальнейших деталей того, как TT8 и другие факторы контролируют биохимические пути, может дать дополнительные гены-мишени для увеличения выхода масла", — заключил Шэнклин.