Кассава с улучшенным крахмалом

С помощью знаменитых генетических ножниц CRISPR-Cas9 биотехнологи растений из ETH Zurich смогли улучшить кассаву. Новый сорт содержит амилозо-свободный или "восковидный" крахмал, который предпочитает промышленность.

Кассава — одна из важнейших крахмальных культур в мире. Её корнеплоды кормят более 500 миллионов человек и используются во многих промышленных процессах, например, в производстве бумаги или как пищевая добавка. Хотя растения кассавы выносливы, выведение новых полезных признаков в предпочитаемые фермерами сорта методом скрещивания — процесс длительный. Поэтому учёные ETH во главе с Саймоном Буллом использовали новый подход для внедрения признаков, применив CRISPR-Cas9 для редактирования генома растения. Исследование опубликовано в Science Advances.

Редактирование генов для изменения крахмала

С помощью CRISPR-Cas9 учёные изменили два гена кассавы (GBSS и PTST), чтобы растение производило модифицированный крахмал. Обычный крахмал состоит из амилозы (~15%) и амилопектина (85%). Новый крахмал содержит мало или совсем не содержит амилозы и пользуется высоким спросом.

Для этого в растение на эмбриогенной стадии встроили блок генов, включающий гены для белка Cas9, направляющей РНК и ген из резуховидки Таля (Arabidopsis) для ускорения цветения. Ножницы Cas9 "выключили" гены GBSS и PTST, участвующие в синтезе амилозы.

Получение "восковидных" линий

Исследователи вырастили в теплице несколько перспективных линий. Анализ показал, что в корнях некоторых линий амилоза полностью отсутствовала — крахмал состоял только из амилопектина. Такая "восковидная" (амилозо-свободная) кассава пополнила список важных сельхозкультур (кукуруза, картофель) с аналогичными признаками.

Удаление чужеродной ДНК скрещиванием

Чтобы удалить встроенную чужеродную ДНК, учёные скрестили два растения трансгенной амилозо-свободной линии. Поскольку чужеродная ДНК была вставлена только в одну из двух идентичных хромосом, у одного из четырёх потомков она отсутствовала, но желаемый признак (отсутствие амилозы) сохранялся.

"Без цветков мы не смогли бы провести скрещивание для удаления чужеродного материала", — говорит Булл. Сложность заключалась в том, чтобы заставить кассаву цвести и давать семена в тепличных условиях, так как в природе она размножается вегетативно (стеблевыми черенками).

Метод экономит годы селекции

Разработанный метод значительно ускоряет выведение сортов кассавы. "Желаемый признак — крахмал только из амилопектина — был достигнут и классическими методами селекции, но это потребовало тысяч растений и несколько лет, а не несколько растений за месяцы, как в нашем случае", — отмечает Булл.

Амилозо-свободный крахмал особенно интересен промышленности, так как удаление амилозы обычно требует дополнительной энергоёмкой обработки. Потребители также могут предпочесть "восковидный" крахмал. "Поэтому новый сорт кассавы должен быть привлекательным как для потребителей, так и для промышленности", — заключает Булл.