Ученые Научно-технологического университета «Сириус» нашли гены, которые могут повлиять на способность клеток гороха превращаться в полноценное растение после генетической модификации.
Исследователи сравнили два сорта, сильно различающихся по способности к регенерации, и выяснили, какие гены работают в их клетках по-разному. Параллельно ученые усовершенствовали метод, который позволяет быстро находить генетически измененные клетки гороха. Полученные результаты помогут проверить роль найденных генов и в дальнейшем разработать технологии для создания новых сортов гороха и других бобовых — например, более богатых белком, устойчивых к болезням и неблагоприятным условиям среды.
Горох (Pisum sativum) относится к труднотрансформируемым сельскохозяйственным культурам, пояснили ученые. Одна из главных проблем заключается в том, что его клетки после генетической трансформации редко способны сформировать полноценное растение.
Чтобы разобраться в молекулярных причинах этого ограничения, исследователи идентифицировали семь линий гороха, способных образовывать соматические эмбрионы (зародыши гороха, которые выращены в лаборатории из обычных неполовых клеток растения), и выбрали для подробного сравнения два контрастных сорта — «Динга» и «Глориоза». Первый способен к регенерации — его ткани могут восстанавливать организм из изолированных клеток, тогда как у второго такой механизм не обнаружен. Ученые изучили активность генов в клетках этих сортов на этапе, когда из обычных клеток растения начинают формироваться зародыши. Исследование позволило понять, какие гены работают в этот период, и отобрать потенциальные регуляторы регенерации для дальнейшей проверки.
Одновременно команда усовершенствовала саму систему генетической трансформации. Ученые показали, что визуальный маркер RUBY позволяет обнаруживать трансгенные ткани по характерному красному окрашиванию без дополнительного флуоресцентного оборудования. А также подобрали условия, при которых система работает максимально эффективно.
— Это создает основу для поиска ключевых регуляторов регенерации, которые можно будет проверить не только у гороха, но и у других бобовых культур, — рассказала руководитель проекта, научный сотрудник направления «Генетика» Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Элина Поценковская.
Универсальный механизм, который позволил бы заметно улучшить восстановление гороха, обнаружить пока не удалось. Однако теперь у исследователей есть оптимизированная система трансформации и набор наиболее перспективных кандидатов для экспериментальной проверки. В дальнейшем такой подход поможет преодолеть регенерационный барьер у гороха и других труднотрансформируемых бобовых культур и ускорить получение сортов с необходимыми свойствами — например, повышенным содержанием белка, улучшенными питательными характеристиками и устойчивостью к болезням и климатическим стрессам.
Значение для пищевой промышленности
Исследования Университета «Сириус» имеют важное значение для российской науки. Выявление способности клеток гороха превращаться в полноценное растение после генетической модификации — один из шагов в создании новых высокомаржинальных культур, рассказал руководитель сегмента «Умные цепи поставок» рабочей группы FoodNet (Фуднет) НТИ Сергей Косогор.
— Россия традиционно сталкивается с неблагоприятными погодными явлениями, часть регионов находится в зоне рискованного земледелия, а с изменениями климата наше сельское хозяйство всё чаще сталкивается с сюрпризами, перепадами температуры, ледяными дождями и гололедицей, грибковыми болезнями и так далее. В связи с этим создание культур, устойчивых к болезням и неблагоприятным условиям среды, будет востребовано нашими товаропроизводителями, — отметил специалист.
Генетика гороха долгое время оставалась сложной задачей: его клетки крайне неохотно возвращаются к состоянию целого растения после редактирования. Ученые сравнили два сорта с контрастной способностью к регенерации и нашли гены-регуляторы, которые фактически работают как «переключатели», определяющие, проснется клетка или останется просто клеткой в пробирке, пояснила молекулярный биолог Арина Холькина.
— Это меняет логику селекции: вместо слепого перебора появляются конкретные мишени, а усовершенствованный метод поиска измененных клеток действует как фонарик в темноте, подсвечивая те из них, с которыми стоит работать дальше без дополнительного оборудования, — отметила эксперт.
По ее словам, польза бобовых с улучшенными свойствами подтверждается рынком. Горох содержит 20–30% белка с полным набором незаменимых аминокислот. В 2025 году объем российского рынка продуктов из растительного белка составил около 180 тыс. т, а к 2030 году он может достигнуть 200 тыс. т, рассказала Арина Холькина. Поэтому новые сорта, богатые белком и устойчивые к болезням, востребованы: они снижают зависимость от импортного соевого белка и делают питание более доступным и белковым.
Источник: iz.ru
