Российские исследователи впервые в мире отредактировали геном черного сорта винограда
Ученые Научно-технологического университета «Сириус» смогли преодолеть ключевые проблемы геномного редактирования благородных сортов и создали технологию получения устойчивых к патогенам клеточных культур винограда. Это позволит выращивать устойчивые к мучнистой росе растения и даст возможность существенно снизить долю применения пестицидов. Об этом сообщил портал Indicator.ru.
Как рассказала один из основных авторов исследования, старший научный сотрудник Научно-технологического университета «Сириус» Анастасия Физикова, мучнистая роса впервые появилась в Европе в середине XIX века и стала серьезной угрозой для европейских виноградников, ранее никогда не встречавшихся с этим заболеванием.
В сельском хозяйстве традиционно борются с грибковыми патогенами применением химических средств, однако их бесконтрольное внесение грозит негативными последствиями для здоровья экосистем и появлением новых, устойчивых к сельскохозяйственным ядохимикатам штаммов. Одно из направлений, позволяющих избежать подобных проблем, связано с геномным редактированием растений CRISPR/Cas9.
«Несмотря на то, что CRISPR/Cas редактирование винограда началось еще в 2016 году, на сегодняшний день получено весьма ограниченное количество сортов. Нам удалось найти подход к редактированию высокометаболитных сортов винограда на примере «мерло», что потенциально ускорит процесс создания отредактированных древесных растений, устойчивых к мучнистой росе», – отметила А. Физикова.
Ученым ранее было известно, что сопротивляться грибковой инфекции растениям мешает активность гена MLO7. Однако даже с помощью измененных векторов им не удалось добиться возникновения нужных мутаций, заставивших бы ген MLO7 «замолчать».
Исследователи принялись искать пути снижения концентраций фенольных соединений, защищающих ген от внешних воздействий, таких как редактирование генома CRISPR/Cas9. Выбор пал на хитозан. в лабораторных условиях был смоделирован процесс воздействия мучнистой росы на клетки винограда. Ученые снабдили векторы флуоресцентным сенсором, способным указать на рост количества перекисей внутри растительных клеток, свойственных активации иммунного ответа растений при их заражении грибной инфекцией. Таким образом удалось временно снизить накопление фенольных метаболитов для изменения динамики процессов восстановления целостности последовательностей ДНК в растительных клетках, увеличить вероятность отбора успешно отредактированных по гену MLO7 клеток, которые в перспективе дадут устойчивые к мучнистой росе растения, а также потенциально повысить регенерационную способность и выживаемость клеток растений при использовании хитозана.
Такие минимальные изменения в геноме помогут растению быть во всеоружии при встрече с болезнью. Один из несомненных плюсов этого подхода в том, что отредактированный метаболический путь будет задействован только при условии вступления растения в контакт с патогеном и не затронет механизмы синтеза важных для сортовых характеристик веществ. А значит, вкусовые качества винограда не пострадают.
Полученные данные открывают обширное поле для дальнейших исследований. Продолжив изучать спектры значимых метаболитов отредактированных и исходных растений, ученые смогут создать тест-системы для оценки винодельческих перспектив отредактированных сортов.
Фото: пресс-служба Университета «Сириус»