Проект «Известий» PRO-Запас: Чистая генетика
Российские ученые выводят пшеницу
и горох по заданным параметрам —
какими будут сельхозкультуры после
генетического редактирования
Могут ли современные технологии помочь повысить урожай пшеницы, а ячмень сделать оружием в борьбе с преждевременным старением? В будущем — вполне возможно. Над улучшением сортов важнейших сельхозкультур как раз сейчас работают ученые Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова. Чтобы добиться нужных результатов, они «включают» или «выключают» отдельные гены и переносят мутации из одного сорта в другой. Рассказываем, как проходят эти эксперименты и для чего они нужны.
Всего в работе у ученых сейчас несколько проектов, которые находятся на разных стадиях готовности.
Главным героем одного из исследований стал привычный нам всем консервированный горох. В предназначенных для консервирования бобовых хотят повысить содержание одного из видов крахмала — амилозы. Если исследования пройдут удачно, это существенно улучшит потребительские свойства культуры.
Другое направление исследований посвящено увеличению урожайности золота полей — пшеницы. Добиться этого можно, отсрочив момент ее увядания, тогда у зерна будет больше времени на то, чтобы получить и накопить полезные вещества.
Еще одна актуальная тема — развитие устойчивости сельскохозяйственных растений к неблагоприятным условиям окружающей среды и болезням.
Объединяют эти исследования проекты «Хлеба России» и грант Российского научного фонда. В работе задействованы ученые Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова (ВИР) и их коллеги из других научных организаций из разных уголков страны.
Основная задача: научиться использовать генетические технологии, для того чтобы создавать новые линии растений, которые были бы адаптированы к меняющимся условиям окружающей среды и при этом обладали повышенной продуктивностью и диетической ценностью.
Очень важно в этих работах соединить компетенции разных специалистов, начиная от селекционеров, которые занимаются постановкой задач. Они определяют, какие сорта и какие культуры желательно было бы улучшить по отдельным признакам.
профессор РАН, директор Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
По словам директора ВИРа, чтобы исследования были приоритетными, в первую очередь необходимо точно выбрать гены-мишени.
Во всем мире сейчас подобная работа ведется по
Когда выбор сделан, к работе подключаются молекулярные генетики. Они идентифицируют нужные гены и определяют, чем они отличаются у сортов выбранной культуры. Затем в дело вступают генные инженеры — они разрабатывают конструкции для редактирования генов. После того как эта стадия завершена, проводится комплексное исследование полученных растений.
Комплексный анализ позволяет выявить, не несет ли созданная мутация каких-либо неблагоприятных последствий, объясняют в институте. «На данный момент ни в одном из наших исследований такие последствия не выявлены», — подчеркивает Елена Хлесткина.
Работы по различным культурам находятся на разных этапах готовности. Например, в исследованиях по ячменю, которые ведут сотрудники ВИРа, уже получены модифицированные нетрансгенные линии 2-го и 3-го поколений.
В различных частях растений копятся полезные биологически активные флавоноидные соединения. Если они накапливаются в зерне, это повышает его ценность для рационального питания: такой ячмень может быть особенно полезен в борьбе с преждевременным старением благодаря полезным свойствам флавоноидов. Если же флавоноидные соединения сосредоточены в других частях растения, это может обеспечить его устойчивость к засухе, холоду и другим стрессам.
Тем временем в Институте биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра РАН уже в 2023 году планируют получить первое поколение редактированных растений мягкой пшеницы, устойчивых к распространенному грибковому заболеванию — фузариозу — и мучнистой росе. Отдельные линии отличаются повышенной засухоустойчивостью, коротким стеблем и пониженной аллергенностью. Будет и линия пшеницы, устойчивой к прорастанию зерна в колосе, рассказал «Известиям» доктор биологических наук Булат Кулуев, заведующий лабораторией геномики растений Института биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра РАН.
Сотрудники лаборатории популяционной радиобиологии Института экологии растений и животных УрО РАН, как и их коллеги из Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, сейчас работают с ячменем, но с другой задачей: после того как генетики «выключили» два гена, ответственные за синтез воска, экологи приступили к тестированию полученных линий в лабораторных условиях на устойчивость к разным стрессовым воздействиям.
Мы уже протестировали растения на устойчивость к острому гамма-облучению, в настоящий момент анализируем их устойчивость к засолению и засухе, на подходе данные по устойчивости к низким температурам и тяжелым металлам.
старший научный сотрудник лаборатории популяционной радиобиологии Института экологии растений и животных УрО РАН
В лаборатории постгеномных исследований ВИРа идет работа по выявлению молекулярно-генетических механизмов, определяющих тип роста спаржевой вигны, или спаржевой фасоли, в условиях повышенной влажности. Для таких растений характерно дружное созревание бобов, они пригодны для механизированного возделывания и уборки, а также устойчивы к полеганию, то есть в перспективе могут стать настоящими «универсальными солдатами».Все исследования ведутся исключительно в лабораторных условиях.
