Хитрость прививки может позволить нам редактировать гены огромного количества растений

Древний трюк прививка одного растения на другое может найти очень современное применение – позволяя редактировать гены растений, которые очень трудно или невозможно редактировать другими способами.

«Это все еще находится на начальной стадии, но у этой методики большой потенциал», — говорит Уго Рого в Пизанском университете в Италии.

Повышение продуктивности и питательности растений имеет жизненно важное значение для решения проблемы огромный ущерб, нанесенный сельским хозяйством и для ограничения повышение цен на продукты питания как Население мира растет и изменение климата все больше влияет на урожайность. Точные изменения, которые можно внести с помощью Редактирование генов CRISPR являются лучшим способом достижения этой цели.

Однако редактирование генов растений представляет собой сложную задачу, поскольку растения имеют вокруг себя жесткие клеточные стенки, в отличие от клеток животных. Традиционная генная инженерия растений включает в себя такие методы, как обжиг растительных клеток пропитанными ДНК гранулами (известный как биолистика) или использование природный генно-инженерный микроб, известный как Агробактерия.

Эти подходы основаны на создании целых растений из модифицированных клеток, а со многими растениями, особенно с деревьями, это невозможно сделать. Например, он не работает с какао, кофе, подсолнечником, маниокой или авокадо.

Даже для заводов, где это работает, существует еще одна серьезная проблема. Когда редактирование генов используется для того, чтобы вызвать крошечные мутации, которые очень распространены в природе, регулирующие органы в некоторых странах рассматривают это как эквивалент стандартной селекции растений, то есть такие растения может получить одобрение без длительных и дорогостоящих испытаний, необходимых для обычных генетически модифицированные растения. Но с помощью биолистики и АгробактерияВ геномы растений часто встраивается дополнительная ДНК, поэтому им придется пройти полный процесс регулирования.

Ученые-растениеведы пытаются найти способы редактирования растений, которые подходят для большего числа видов и не добавляют в геном нежелательных фрагментов ДНК. Один из вариантов — использовать вирусы для доставки РНК, кодирующей части набора инструментов CRISPR, в растительные клетки. Здесь проблема в том, что белок Cas9, широко используемый для редактирования генов, очень велик, а это означает, что кодирующая его РНК не может вписаться в большинство вирусов.

В 2023 году Фридрих Краглер в Институте молекулярной физиологии растений Макса Планка в Германии. представил еще один подход. Он знал, что корни растений производят особый тип РНК, которая может путешествовать по растениям и проникать в клетки побегов и листьев.

Поэтому его команда генетически модифицировала растения для производства таких РНК, кодирующих два ключевых компонента CRISPR: белок Cas, который осуществляет редактирование, и направляющую РНК, которая сообщает, где производить редактирование. Затем они привили побеги немодифицированных растений на корни модифицированных растений и показали, что это привело к редактированию генов некоторых побегов и семян.

Рого и его коллеги считают этот подход настолько многообещающим, что написали статью, в которой освещают его и призывают других помочь в его разработке. «Прививка дает нам возможность использовать систему CRISPR на деревьях или таких растениях, как подсолнечник», — говорит Рого.

Ключевым моментом прививки является то, что относительно отдаленно родственные растения можно прививать друг к другу — например, можно прививать побеги томата на подвои картофеля. Таким образом, хотя невозможно генетически сконструировать подвой подсолнечника для редактирования генов, должна быть возможность сконструировать родственные растения, чтобы получить совместимый подвой.

Как только появится подвой, производящий необходимые РНК, его можно будет использовать для редактирования генов самых разных растений. «Вы можете использовать корни для доставки Cas9 и руководств по редактированию всех видов элитных разновидностей», — говорит Джулиан Хибберд в Кембриджском университете.

«Создание трансгенного подвоя не требует больших усилий, учитывая, что его нужно сделать один раз, а затем его можно будет использовать вечно и для нескольких видов», — говорит Ральф Боккоторый также работает в Институте Макса Планка, но не является частью команды Краглера.

Например, только некоторые сорта винограда, такие как Шардоне, могут регенерировать из отдельных клеток и, таким образом, модифицироваться. Но как только будет создан подвой для редактирования генов Шардоне, придающий, скажем, устойчивость к болезням, он будет работать для всех сортов винограда и за его пределами.

Рого также предполагает сочетание прививки с вирусным подходом. Подвои можно использовать для доставки больших мРНК Cas9, тогда как вирусы обеспечивают направляющие РНК. Таким образом, по его словам, один и тот же подвой можно использовать для внесения множества различных изменений генов.