Ученые Сколтеха удвоили число зерен в колосе пшеницы с помощью CRISPR-Cas
Как отмечают исследователи, работа велась над геном термочувствительной мужской стерильности пшеницы, который по аналогии с рисом отвечает за способность растения менять фертильность в зависимости от температуры.
Источник: Новости науки. Иллюстрация создана с помощью нейросети.
МОСКВА, 13 марта. /Новости науки/. Ученые Сколковского института науки и технологий впервые в России успешно отредактировали геном пшеницы с помощью метода CRISPR-Cas, получив мутантные линии с измененной структурой колоса, которые дают вдвое больше зерен с одного колоса, сообщили в пресс-службе Сколтеха.
«Мы получили удивительную, разнообразную коллекцию мутантов. Уже сейчас в нашем фитотроне появились формы с увеличенным числом зерновок. С одного маленького колоска, вместо привычных двух-четырех зерен, мы собираем шесть. Неизвестно, что в итоге окажется ценнее — запланированные стерильные линии или эти новые формы. Мы считаем это действительно большим достижением», - приводятся в сообщении слова профессора Сколтеха, руководителя агротехнологического направления в Центре био- и медицинских технологий института и научного руководителя проекта Елены Потокиной.
Как отмечают исследователи, работа велась над геном термочувствительной мужской стерильности пшеницы, который по аналогии с рисом отвечает за способность растения менять фертильность в зависимости от температуры.
Из-за сложной генетической структуры пшеницы, которая является гексаплоидом и несет три генома, ученые получили целую коллекцию растений с различными мутациями. Помимо ожидаемых термочувствительных линий, эксперимент выявил и другой важный эффект: у части мутантов изменилась структура колоса.
Для создания новых линий исследователи использовали CRISPR-Cas9, биобаллистическую трансформацию и культуру тканей, модифицировав ген TGMS5. Ожидается, что при температуре ниже 22 градусов Цельсия растения будут фертильны, а при температуре выше 28 градусов смогут функционировать как женские формы, что открывает возможность контролируемого перекрестного опыления без ручных операций.
По словам авторов, ключевой особенностью работы стало не просто применение известного метода геномного редактирования, а его успешная адаптация к одной из самых сложных для таких экспериментов сельскохозяйственных культур. Разработка технологии точечного редактирования генома пшеницы заняла у научной группы четыре года.
«Метод CRISPR-Cas известен и удостоен Нобелевской премии, но имплементировать его в сельскохозяйственные культуры, такие как пшеница, крайне сложно. В результате четырехлетних усилий мы разработали технологию, которая сработала. Теперь, когда метод отлажен, открываются перспективы для получения разнообразия, которого раньше не существовало, так как раньше селекция базировалась на генетических ресурсах растений, сохраняемых в генных банках, но теперь у нас появился инструмент, чтобы создавать это разнообразие самим», - приводятся в сообщении слова младшего научного сотрудника Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Аджаза Шафи.
Авторы подчеркивают, что полученные растения не являются генно-модифицированными в традиционном понимании. Трансформация проводилась без использования агробактерии, при помощи генной пушки, а в следующих поколениях ученые планируют отобрать только те линии, которые несут целевые мутации и не содержат следов вспомогательных конструкций.
Практическая значимость работы связана с возможностью создания более продуктивных сортов пшеницы на той же посевной площади, что особенно важно для сельского хозяйства в условиях меняющегося климата. Кроме того, в лаборатории ведется работа по редактированию генов сои, подсолнечника и гуара, который исследователи пытаются адаптировать для выращивания в России.
«В свете быстрых климатических изменений встает вопрос использования яровой и озимой пшеницы. Мы ориентированы на индустриальный запрос и видим, что востребованность определенных сортов будет расти. Полученные мутантные линии с измененной архитектурой колоса — это шаг к созданию сортов с принципиально новой продуктивностью», - приводятся в сообщении слова заместителя директора по развитию Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Юлии Баймлер.
Сейчас исследователи готовятся к следующему этапу работы — выращиванию следующего поколения мутантных растений при разных температурах, чтобы проверить стабильность полученных признаков.
«Мы получили удивительную, разнообразную коллекцию мутантов. Уже сейчас в нашем фитотроне появились формы с увеличенным числом зерновок. С одного маленького колоска, вместо привычных двух-четырех зерен, мы собираем шесть. Неизвестно, что в итоге окажется ценнее — запланированные стерильные линии или эти новые формы. Мы считаем это действительно большим достижением», - приводятся в сообщении слова профессора Сколтеха, руководителя агротехнологического направления в Центре био- и медицинских технологий института и научного руководителя проекта Елены Потокиной.
Как отмечают исследователи, работа велась над геном термочувствительной мужской стерильности пшеницы, который по аналогии с рисом отвечает за способность растения менять фертильность в зависимости от температуры.
Из-за сложной генетической структуры пшеницы, которая является гексаплоидом и несет три генома, ученые получили целую коллекцию растений с различными мутациями. Помимо ожидаемых термочувствительных линий, эксперимент выявил и другой важный эффект: у части мутантов изменилась структура колоса.
Для создания новых линий исследователи использовали CRISPR-Cas9, биобаллистическую трансформацию и культуру тканей, модифицировав ген TGMS5. Ожидается, что при температуре ниже 22 градусов Цельсия растения будут фертильны, а при температуре выше 28 градусов смогут функционировать как женские формы, что открывает возможность контролируемого перекрестного опыления без ручных операций.
По словам авторов, ключевой особенностью работы стало не просто применение известного метода геномного редактирования, а его успешная адаптация к одной из самых сложных для таких экспериментов сельскохозяйственных культур. Разработка технологии точечного редактирования генома пшеницы заняла у научной группы четыре года.
«Метод CRISPR-Cas известен и удостоен Нобелевской премии, но имплементировать его в сельскохозяйственные культуры, такие как пшеница, крайне сложно. В результате четырехлетних усилий мы разработали технологию, которая сработала. Теперь, когда метод отлажен, открываются перспективы для получения разнообразия, которого раньше не существовало, так как раньше селекция базировалась на генетических ресурсах растений, сохраняемых в генных банках, но теперь у нас появился инструмент, чтобы создавать это разнообразие самим», - приводятся в сообщении слова младшего научного сотрудника Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Аджаза Шафи.
Авторы подчеркивают, что полученные растения не являются генно-модифицированными в традиционном понимании. Трансформация проводилась без использования агробактерии, при помощи генной пушки, а в следующих поколениях ученые планируют отобрать только те линии, которые несут целевые мутации и не содержат следов вспомогательных конструкций.
Практическая значимость работы связана с возможностью создания более продуктивных сортов пшеницы на той же посевной площади, что особенно важно для сельского хозяйства в условиях меняющегося климата. Кроме того, в лаборатории ведется работа по редактированию генов сои, подсолнечника и гуара, который исследователи пытаются адаптировать для выращивания в России.
«В свете быстрых климатических изменений встает вопрос использования яровой и озимой пшеницы. Мы ориентированы на индустриальный запрос и видим, что востребованность определенных сортов будет расти. Полученные мутантные линии с измененной архитектурой колоса — это шаг к созданию сортов с принципиально новой продуктивностью», - приводятся в сообщении слова заместителя директора по развитию Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Юлии Баймлер.
Сейчас исследователи готовятся к следующему этапу работы — выращиванию следующего поколения мутантных растений при разных температурах, чтобы проверить стабильность полученных признаков.
