Новости и мнения

Министерство сельского хозяйства США представляет новый инструмент для накопления генов для предотвращения болезней растений

Европейский Союз говорит нет, спасибо.

Саженец арабидопсиса (ярко-зеленый), несущий новые гены, вставленные по методике GAANTRY, в окружении саженцев дикого типа Фото любезно предоставлено Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США, 2018 год.

Если изменение климата является новой нормой, фермерам в некоторых регионах мира придется привыкать к борьбе с плесенью и плесенью. Для производителей пшеницы, в частности, грибковые поражения уже являются большой проблемой, и ожидается, что они только ухудшатся, когда изменятся погодные условия. Грибковые патогены распространяются на север со средней скоростью около 7 километров в год по всему миру.

Ученые всего мира пытались сделать пшеницу, наиболее распространенную культуру на планете, способной выживать при грибковых заболеваниях путем введения устойчивых к болезням генов, но в прошлом было трудно добавить более двух или трех таких генов. вовремя.

Войдите в Службу сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (ARS). 14 июня ARS опубликовала пилотное исследование по инновационной технологии GAANTRY ( сборка генов в Agrobacterium путем переноса нуклеиновой кислоты с использованием технологии Recombinase), которая может одновременно вставлять «стопку» из нескольких генов в растения.

Роджер Тилмони , исследователь-молекулярный биолог из ARS, говорит, что его команда ввела 10 генов в растения арабидопсиса – и это не верхний предел; теоретически, это может быть гораздо больше. Гены были трансгенными, поэтому саженцы арабидопсиса светились флуоресцентными цветами, чтобы исследователи сразу узнали, были ли гены успешно вставлены. Тем не менее, гены из тех же или связанных видов, которые имеют определенную выгоду, такую ​​как устойчивость к болезням, также могут быть заменены. Это будет важно, если GAANTRY используется для улучшения сельскохозяйственных культур, что, по словам Тилмони, является конечной целью его работы.

Сборка внутри Agrobacterium – это то, чего я раньше не видел.

Патрик Ши, Калифорнийский университет, Дэвис

Почему укладка генов? Множество генов устойчивости к болезням дают растительной иммунной системе более широкий спектр средств самозащиты. Это означает, что пшеница, картофель и другие культуры могут быть генетически спроектированы, чтобы переносить жару, засуху, болезни и вредителей, сельскохозяйственных «четырех всадников» изменения климата.

GAANTRY более эффективен, чем предыдущие технологии стекирования, потому что он отсекает среднего человека, собирая гены непосредственно в «обезоруженные» Agrobacteria (которые затем редактируют геном растения), вместо того, чтобы полагаться на внешние генные курьеры, называемые бинарными векторами, для передачи генов бактериям. Стек складывается с использованием чередующихся антибиотиков для отбора бактерий, которые поглощают гены груза. Agrobacterium – это почвенная бактерия, которая питается растениями, вызывая образование галлов и «волосатых корней» в результате проникновения в ДНК растений. В течение последних 15 лет он использовался в своей безвредной форме для редактирования генов растений.

GAANTRY хорошо работает с точки зрения стабильности и надежности. «То, что вы кладете в нее, остается там, и вы не потеряете ни один груз, который добавляете», – говорит Тилмони. Это по двум причинам: во-первых, команда ARS выбила ген, который в противном случае позволил бы генам Agrobacterium рекомбинировать. Чем реже эти гены перемешиваются, тем меньше вносится изменений. Во-вторых, грузовые гены загружаются в плазмиду вирулентности бактерии в том месте, где ранее находились вызывающие болезнь гены. Поскольку вирулентность – это то, как Agrobacterium зарабатывал себе на жизнь в течение эонов, он имеет встроенные механизмы для поддержания стабильности генов в этой плазмиде.

Патрик Ши , биолог из Калифорнийского университета в Дэвисе, ранее разработал еще один метод стекирования генов с использованием дрожжей, который может самостоятельно собирать гены, но зависит от использования определенных сайтов рекомбинации. Он говорит, что GAANTRY обращается к «чему-то, что другие стековые технологии не предлагали. , , , Сборка внутри Agrobacterium – это то, чего я раньше не видел ».

Ши упоминает, что стопка GAANTRY была собрана в Agrobacterium по одному гену за один раз, прежде чем вставлять стопку из 10 генов в растения, этот подход может быть неудобным, если он присущ системе.

Тилмони говорит, что система GAANTRY не ограничивается укладкой одного гена за раз; разработчики могут собирать стеки в Agrobacterium, используя несколько генов одновременно. Итеративный процесс облегчает восстановление после проблем во время сборки, поскольку гены не могут быть удалены из стека после их добавления. Если есть проблема с геном номер девять, вам не нужно начинать сначала с первого шага, чтобы перестроить стек. Вместо этого вы могли бы вернуться к версии с восемью генами и начать там.

В отличие от трансгенных ГМО, которые вводят гены других видов, новые «мутагенные» технологии, такие как GAANTRY и CRISPR, позволяют ученым внедрять устойчивые к болезням гены из одного и того же вида. Разработчики этих подходов говорят, что это более быстрый и точный способ достижения результатов, чем при использовании традиционных методов разведения.

Министерство сельского хозяйства США предложило миру технологию GAANTRY бесплатно, но вскоре после того, как было опубликовано исследование GAANTRY, эта технология и другие подобные ей были отвергнуты судом ЕС, который постановил ввести более широкие ограничения в отношении генетически модифицированных продуктов питания. В частности, ЕС больше не проводит различия между мутагенным и трансгенным редактированием генов. Это означает, что сельскохозяйственные культуры, модифицированные такими технологиями, как CRISPR и GAANTRY, больше не разрешены в ЕС, если они не проходят строгий и ограничительный процесс проверки.

Сара Гурр , специалист по патологии растений в Университете Эксетера, скептически относится к тому, готов ли GAANTRY к прайм-тайм. « Арабидопсис – это маленький сорняк, а не растениеводство», – говорит она. «Хотя это все фантастические вещи, они не обязательно переносятся из Brassica , которым является Arabidopsis , в пшеницу, которая чрезвычайно сложна в геноме». Несмотря на то, что GAANTRY – это отличная концепция, она говорит, «она далека от получить его в урожай на поле ».

Тилмони и его коллега Джим Томсон , генетик растений в ARS, говорят, что, хотя они еще не окончательно продемонстрировали эффективность GAANTRY на основных сельскохозяйственных культурах, есть предварительные данные, показывающие, что GAANTRY работает на рисе, цитрусовых и картофеле. Они также узнали, что разные штаммы Agrobacterium лучше работают с разными типами растений, и изучают способы оптимизации спаривания.

Гюрр обеспокоен тем, что гены могут быть устойчивы к грибковым болезням, так как патогены могут быстро их преодолеть. Она видела, как ячмень с пятью сложенными генами (кропотливо выстроенный с использованием традиционного разведения) был побежден грибком мучнистой росы в течение трех месяцев. Zymoseptoria tritici , вызывающая пятно пшеницы, обладает «очень пластичным геномом» и «мутирует в сторону большей вирулентности всего за несколько дней», – говорит она. «Если сложить их, это звучит великолепно, но все равно может быть эфемерным».

R. Collier et al., «Универсальная и надежная система укладки генов на основе Agrobacterium создает высококачественные трансгенные растения Arabidopsis», The Plant Journal , 95: 573-83, 2018.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *