Растения как биологические фабрики: новый уровень генетического редактирования
Генетическая модификация растений прошла долгий путь — от селективного разведения до высокоточных лабораторных методов. Однако до недавнего времени такие модификации могли быть «неуклюжими», создавая организмы, которые хорошо себя чувствуют в лаборатории, но не в реальных условиях.
Точный контроль над генами
Профессор Райан Листер из Университета Западной Австралии в соавторстве подготовил работу о том, как можно улучшить дизайн растений с помощью более совершенного генетического редактирования.
«У организмов есть сложные программы, которые контролируют когда, где и в какой степени гены включаются или выключаются, — говорит Райан. — Мы хотим модифицировать растения с той же степенью изощренности, которой достигла естественная эволюция».
Эти естественные контрольные программы позволяют растению реагировать на окружающую среду. Например, у растения может быть ген, который активируется только при высокой температуре. Если ученые идентифицируют природную программу, запускающую этот ген, они могут воссоздать её в другой части растения. Это позволит запрограммировать очень специфичную реакцию на тепло.
Устойчивость к климату и не только
Овладение таким уровнем генетического контроля может превратить растения в точно настроенные биологические фабрики. Они смогут эффективно производить ценные молекулы или улучшить свою реакцию на такие внешние воздействия, как вредители и изменение климата.
В Австралии это может изменить правила игры для сельскохозяйственного сектора, который становится всё более уязвимым к суровым погодным условиям. «Когда погода становится непредсказуемой, это дестабилизирует устоявшиеся системы», — отмечает Райан.
Растения для космоса
Райан участвует в межвузовском проекте Australian Research Council Center of Excellence in Plants for Space. Цель — разработать растения, которые будут процветать в условиях вне Земли.
«Растения — это невероятно эффективные и универсальные машины, способные создавать огромное разнообразие молекул и материалов», — говорит учёный.
Если человечество создаст колонии на Луне или Марсе, будет сложно доставлять туда машины для производства лекарств или материалов. Но если инженерные растения смогут производить нужные молекулы по запросу, достаточно будет взять с собой только семена.
Возвращение на Землю: вертикальное земледелие
На Земле это исследование можно применить, например, в вертикальном земледелии — инновационной практике, основанной на строго контролируемых условиях.
«Выращивая растения в эффективной контролируемой среде в помещении, мы можем достичь очень высоких темпов роста и продуктивности при действительно низком потреблении питательных веществ и воды», — объясняет Райан.
Однако такие условия радикально отличаются от тех, в которых растения эволюционировали. Цель исследователей — преодолеть связанные с этим проблемы для достижения ещё большей продуктивности.
«Внутреннее земледелие может решить проблему транспортировки свежих продуктов с удалённых ферм. Для стран, испытывающих нехватку земли, это может стать реальным подспорьем в решении проблем продовольственного суверенитета», — заключает учёный.