Когда-то отвергнутое как «мусорная ДНК», которая не служила никакой цели, семейство «прыгающих генов», обнаруженное в томатах, может ускорить селекцию сельскохозяйственных культур по таким признакам, как улучшенная засухоустойчивость.
Исследователи из лаборатории Sainsbury Кембриджского университета (SLCU) и Департамента наук о растениях обнаружили, что стресс от засухи запускает активность семейства прыгающих генов (ретротранспозонов Rider), которые, как ранее было известно, вносят вклад в форму и цвет плодов томатов.. Их характеристика Rider, опубликованная сегодня в журнале PLOS Genetics, показала, что семейство Rider также присутствует и потенциально активно в других культурах, подчеркивая его потенциал как источника новых вариаций признаков, которые могут помочь растениям лучше справляться с более экстремальными условиями, вызванными наш переменчивый климат.
«Транспозоны обладают огромным потенциалом для улучшения урожая. Они являются мощными факторами разнообразия признаков, и хотя мы использовали эти признаки для улучшения наших культур на протяжении поколений, мы теперь начинаем понимать задействованные молекулярные механизмы», - сказал он. Доктор Маттиас Бенуа, первый автор статьи, ранее работавший в SLCU.
Транспозоны, чаще называемые прыгающими генами, представляют собой мобильные фрагменты кода ДНК, которые могут копировать себя в новые позиции в геноме - генетическом коде организма. Они могут изменять, нарушать или усиливать гены или вообще не иметь никакого эффекта. Обнаруженные в зернах кукурузы лауреатом Нобелевской премии ученым Барбарой МакКлинток в 1940-х годах, только сейчас ученые осознали, что транспозоны вовсе не мусор, а на самом деле играют важную роль в эволюционном процессе, а также в изменении экспрессии генов и физических характеристик растений..
Использование генов прыгучести, уже присутствующих в растениях, для создания новых характеристик было бы значительным шагом вперед по сравнению с традиционными методами селекции, позволяя быстро создавать новые признаки у культур, которые традиционно выращивались для получения однородных форм, цветов и размеров, чтобы сделать уборку более эффективной и максимизировать урожайность. Они позволили бы производить огромное разнообразие новых признаков, которые затем можно было бы уточнить и оптимизировать с помощью технологий нацеливания на гены.
В большой популяции, такой как томатное поле, в которой транспозоны активируются у каждой особи, мы ожидаем увидеть огромное разнообразие новых признаков. Контролируя этот процесс «случайной мутации» в растении, мы может ускорить этот процесс для создания новых фенотипов, которые мы даже не могли себе представить», - сказал доктор Хайк Дрост из SLCU, соавтор статьи.
Сегодняшние технологии нацеливания на гены очень эффективны, но часто требуют некоторого функционального понимания основного гена для получения полезных результатов и обычно нацелены только на один или несколько генов. Активность транспозонов является естественным инструментом, уже присутствующим в растении, который можно использовать для создания новых фенотипов или устойчивости и дополнять усилия по нацеливанию генов. Использование транспозонов предлагает безтрансгенный метод разведения, который признает действующее законодательство ЕС о генетически модифицированных организмах.
Работа также показала, что Райдер присутствует в нескольких видах растений, в том числе в экономически важных культурах, таких как рапс, свекла и лебеда. Это широкое изобилие побуждает к дальнейшим исследованиям того, как его можно активировать контролируемым образом, реактивировать или повторно ввести в растения, которые в настоящее время имеют немые элементы Погонщика, чтобы можно было восстановить их потенциал. Такой подход может значительно сократить время размножения по сравнению с традиционными методами.
«Выявление того, что активность Rider вызывается засухой, предполагает, что он может создавать новые регуляторные сети генов, которые помогут растению реагировать на засуху», - сказал Бенуа. «Это означает, что мы можем использовать Rider для выращивания сельскохозяйственных культур, которые лучше приспособлены к стрессу от засухи, обеспечив реакцию на засуху генам, уже присутствующим в сельскохозяйственных культурах. Это особенно важно во времена глобального потепления, когда существует острая необходимость в выращивании более устойчивых культур."