Стратегия редактирования генома может улучшить рис и другие культуры

Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе использовали технологию CRISPR для генетической модификации риса с высоким уровнем бета-каротина — предшественника витамина А. Использованная ими техника представляет собой многообещающую стратегию для генетического улучшения риса и других сельскохозяйственных культур. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Рис — основная продовольственная культура для более чем половины населения мира. «Золотой рис» — генетически модифицированный рис с высоким содержанием бета-каротина — одобрен для потребления в более чем пяти странах, включая Филиппины, где широко распространен дефицит витамина А у детей. Из-за социальной значимости «Золотого риса» исследователи выбрали признак высокого содержания бета-каротина в качестве примера.

Обычная генная инженерия растений использует бактерию или «генную пушку» для переноса генов, кодирующих желаемые признаки, в геном растения. В данном случае исследователи использовали бы бактерию для переноса генов, производящих бета-каротин, в геном риса. Но эти трансгены могут интегрироваться в случайные позиции генома, что может привести к снижению урожайности.

«Вместо этого мы использовали CRISPR, чтобы точно направить эти гены в безопасные гавани генома — хромосомные области, которые, как мы знаем, не вызовут никаких неблагоприятных эффектов для организма-хозяина», — сказал первый автор Оливер Донг, научный сотрудник отдела патологии растений и Центра генома.

Кроме того, исследователям удалось точно вставить очень крупный фрагмент ДНК, не содержащий маркерных генов. В отличие от этого, обычная генная инженерия полагается на включение маркерных генов во вставляемый фрагмент ДНК. Эти маркерные гены сохраняются при разведении растения в течение поколений, что часто вызывает общественную озабоченность и строгие регуляторные требования к трансгенным продуктам перед их выходом на рынок.

«Ученые уже делали целевые вставки и без маркерных генов, но мы не могли делать это с такими большими фрагментами ДНК», — сказал Донг. «Чем крупнее фрагмент ДНК, тем больше биологических функций или сложных признаков мы можем придать растениям».

По словам Донга, это открывает возможность того, что гены, контролирующие несколько желаемых признаков — например, высокий уровень бета-каротина, устойчивость к болезням или засухе — могут быть сгруппированы в одной позиции внутри генома. Это может значительно сократить последующие усилия по селекции.