Разработанный в Израиле новый широкомасштабный метод генетической модификации позволяет выявить роль и свойства дуплицированных генов у растений. Об этом сообщили в пресс-службе Тель-Авивского университета.

Ожидается, что эта разработка произведет революцию в развитии сельскохозяйственных культур, включая целенаправленные изменения, которые улучшат такие свойства, как повышение урожайности или устойчивость к засухе и вредителям.

По словам исследователей Тель-Авивского университета - авторов нового метода, «новая разработка позволяет контролировать и целенаправленно улучшать урожай в геномном масштабе. Мы уже с большим успехом применили наш метод к рису и помидорам, и собираемся проверить его и на других сельскохозяйственных культурах».

Впервые в мире в Тель-Авивском университете разработана геномная технология, позволяющую выявить роль генов и признаков, которые до сих пор были скрыты функциональной избыточностью. Исследователи отмечают, что со времен сельскохозяйственной революции люди улучшают полезные сорта растений путем создания генетического разнообразия. Однако до сих пор мы могли исследовать только функции отдельных генов, которые составляют лишь 20% генома. Для остальных 80% генома, состоящего из генов, собранных в семейства, ученые не могли найти эффективного метода определения их функций в растении.

И вот теперь исследователям удалось выделить и идентифицировать десятки новых генетических функций, которые до сих пор оставались незамеченными. Этот успех может привести к революции в улучшении сельскохозяйственных культур, поскольку новый метод применим к большинству культур и важных для успешной культивации качеств, таких, как повышение урожайности и устойчивость к засухе или вредителям.

Исследование было проведено пост-докторантом доктором Янцзе Ху под руководством профессора Эйлона Шани и профессора Итая Мейроза из Школы наук о растениях и продовольственной безопасности на факультете наук о жизни Тель-Авивского университета. В исследовании также приняли участие ученые из Франции, Дании и Швейцарии, а его результаты опубликованы в профильном журнале Nature Plants.

В рамках исследования его авторы использовала инновационную технологию CRISPR для редактирования генов и методы из области биоинформатики и молекулярной генетики для разработки нового метода поиска генов, отвечающих за определенные признаки у растений. По словам проф. Шани, «развитие технологий редактирования генов позволяет теперь вносить точные изменения в большое количество растений».

Исследователи объясняют, что, несмотря на развитие технологий генетического редактирования, таких как CRISPR, некоторые проблемы до сих пор ограничивали его применение в сельском хозяйстве. Одна из них - необходимость как можно точнее определить, какие гены в геноме растения отвечают за конкретный желаемый его признак. Стандартный путь решения состоит в осуществлении генетических мутаций и сравнения их результатов с изменениями качеств растения - если, например, после мутации растение дает более сладкие плоды, то мутированный ген отвечает за сладость плодов. Такая тактика довольно успешно применялась десятилетиями, но она не решает фундаментальную проблему - среднее растение имеет около 30 тыс. генов, и около 80% из них не работают поодиночке, а собраны в семейства по подобию.

Следовательно, если в таком «семействе» мутирует один ген, существует высокая вероятность того, что другой ген из того же семейства обеспечит сохранение прежнего фенотипа. Из-за этого явления, называемого генетической избыточностью, было так трудно изменить растение и определить функцию гена и его связь с определенным признаком.

Применив CRISPR, исследователи в Тель-Авивском университете нашли способ «помечать» целые семейства генов сегментами т.н. "гидовой РНК" (sgRNA) так, чтобы последующая мутация влияла на все гены в семействе одновременно, и создать большую библиотеку потенциальных мутаций в соответствии с предполагаемыми функциями генов, что позволило оптимизировать поиск желаемых генетических фрагментов. Затем на практическом этапе они создали тысячи вариантов растений, в каждом из которых была произведена одна мутация, направленная на конкретную семью генов.

В результате, когда в одном из мутированных растений был отмечен новый интересный фенотип, было легко узнать, какие гены ответственны за изменение, на основе вставленной в него последовательности sgRNA. Также путем секвенирования ДНК идентифицированных генов можно определить характер мутации, вызвавшей это изменение, и ее вклад в новые свойства растения. Таким образом было картировано много новых признаков, которые до сих пор были неизвестны из-за генетической избыточности. В частности, исследователи идентифицировали определенные белки, которые включают механизм, связанный с транспортом гормона цитокинина, необходимого для оптимального развития растений.

Проф. Шани: «Наш новый метод имеет огромное значение для сельского хозяйства: он позволяет эффективно и точно выявить гены, отвечающие за те качества, которые мы хотим улучшить - устойчивость к засухе, вредителям и болезням или повышение урожайности. Мы верим, что будущее сельского хозяйства состоит в контролируемом и целенаправленном улучшении культурных растении в больших масштабах».

Компания технологических трансферов Тель-Авивского университета Ramot в сотрудничестве с группой AgChimedes учредила компанию DisTree для реализации потенциала новой технологии в сельскохозяйственной генетике для повышения продовольственной безопасности в эпоху климатического кризиса.