Исследовательская группа Университета Миннесоты недавно разработала новые методы, которые значительно ускорят производство растений с отредактированными генами. Они надеются устранить давнее узкое место в редактировании генов и в процессе упростить и ускорить разработку и тестирование новых сортов сельскохозяйственных культур с помощью двух новых подходов, описанных в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Biotechnology..
Несмотря на значительный прогресс в способности ученых редактировать геномы растений с помощью инструментов редактирования генов, таких как CRISPR и TALEN, исследователи застряли на устаревшем подходе - культуре тканей. Он используется десятилетиями и является дорогостоящим, трудоемким и требует точной работы в стерильной среде. Исследователи используют культуру тканей для доставки генов и реагентов для редактирования генов или химических веществ, которые вызывают реакцию, в растения.
«Несколько лет назад Национальная академия наук созвала собрание ученых-растителей, призвав сообщество решить проблему культур тканей и помочь реализовать потенциал редактирования генов в растениях», - сказал Дэн Войтас, профессор. в области генетики, клеточной биологии и развития в Колледже биологических наук и старший автор статьи. «У нас есть передовая технология редактирования генома, но нам нужен новый способ эффективной доставки реагентов для редактирования генов растениям. Методы, описанные в этой статье, представляют собой совершенно новый способ ведения бизнеса».
Новые методы будут:
- значительно сократить время, необходимое для редактирования генов растений, с девяти месяцев до нескольких недель;
- работают с большим количеством видов растений, чем это было возможно при использовании культуры тканей, которая ограничена конкретными видами и сортами;
- позволяют исследователям производить генетически модифицированные растения без необходимости в стерильной лаборатории, что делает этот подход жизнеспособным для использования небольшими лабораториями и компаниями.
Чтобы исключить тяжелую работу, связанную с редактированием генов с помощью культуры тканей, соавторы Райан Насти и Майкл Махер разработали новые методы, в которых используются важные регуляторы роста растений, ответственные за развитие растений.
Используя регуляторы роста и реагенты для редактирования генов, исследователи заставляют проростки развивать новые побеги, содержащие отредактированные гены. Исследователи собирают семена из этих побегов с отредактированными генами и продолжают эксперименты. Культуры клеток не нужны.
Подходы различаются тем, как применяются регуляторы роста и в каком масштабе. Подход, разработанный Насти, позволяет провести небольшое быстрое тестирование различных комбинаций регуляторов роста с результатами в течение нескольких недель, а не месяцев или лет.«Этот подход позволяет проводить быстрое тестирование, чтобы исследователи могли оптимизировать комбинации регуляторов роста и повысить их эффективность», - сказал он.
Махер использовал те же основные принципы, чтобы сделать процесс более доступным, устранив необходимость в стерильной лабораторной среде. «С этим методом вам не нужна стерильная техника. Вы можете сделать это в своем гараже», - сказал он. Он добавил, что этот метод открывает возможность для небольших исследовательских групп с меньшими ресурсами, которые могут редактировать гены растений и проверять, насколько хорошо они работают.
«Насти и Махер демократизировали редактирование генов растений. Больше не требуются месяцы в стерильной лаборатории с десятками людей в колпаках для тканевых культур», - сказал Войтас.
Исследователи использовали виды табака в качестве модели, но уже продемонстрировали, что метод работает на растениях винограда, помидоров и картофеля. Они считают, что результаты, вероятно, будут переданы многим видам. Генетики растений и сельскохозяйственные биотехнологи стремятся обеспечить стабильные источники пищи для растущего населения планеты в условиях потепления климата, где вспышки вредителей и экстремальные погодные явления являются обычным явлением. Эти новые методы позволят им работать более эффективно.