Команда исследователей из Университета Джорджии разработала новый способ разведения растений с лучшими характеристиками. Внедрив человеческий белок в модельные виды растений Arabidopsis thaliana, исследователи обнаружили, что они могут избирательно активировать молчащие гены, уже присутствующие в растении.
Использование этого метода для увеличения разнообразия популяций растений может помочь в создании сортов, способных противостоять засухе или болезням сельскохозяйственных культур или других популяций растений, и исследователи уже начали тестировать этот метод на кукурузе, сое и рисе.
Они опубликовали свои выводы в Nature Communications.
Исследовательский проект возглавляли докторант биоинформатики Лесян Цзи и докторант генетики Уильям Джордан. Исследованный ими новый метод, известный как эпимутагенез, позволит разводить разнообразные растения так, как это невозможно с помощью традиционных методов.
«В прошлом это делалось с помощью традиционной селекции. Вы берете растение, скрещиваете его с другим растением, которое имеет другую характеристику, и вы хотите получить другое растение», - сказал Джордан. «Проблема в том, чтобы получить особь, обладающую всеми характеристиками, которые вам нужны, и ни одной из характеристик, которые вам не нужны. Это довольно сложно. С нашей новой техникой вы можете изменить то, как гены включаются и выключаются. в этом растении без необходимости вводить целый набор генов от другого родителя».
Идея метода изначально возникла во время работы в лаборатории с профессором кафедры генетики Робертом Шмитцем, соответствующим автором исследования. В его лаборатории исследователи изучали метилирование ДНК, которое контролирует выраженные генетические признаки, и создавали карты того, где метилирование ДНК находится во многих видах растений, включая сельскохозяйственные культуры. Когда метилирование ДНК удаляется, исследователи обнаружили, что они могут избирательно включать ранее заглушенные гены в основном геноме растения.
«Мы неоднократно видели, что многие гены заглушаются метилированием ДНК, и подумали, что это довольно любопытно», - сказал Шмитц. «Есть много дискуссий о том, почему они существуют, но реальность такова, что они существуют. Поэтому мы задались вопросом, как мы можем использовать их? изменение признака."
Чтобы включить эти спящие или молчащие гены, исследователи внедрили человеческий фермент, известный как фермент транслокации десять-одиннадцать, в рассаду растений, используя специально модифицированные бактерии в качестве вектора доставки. Введение этого человеческого белка позволяет исследователям удалить метилирование ДНК и тем самым включить ранее заглушенные гены.
Выяснение того, как лучше всего ввести белок в растения, было методом проб и ошибок. Благодаря опыту Джи в области биоинформатики исследователи могут просматривать большие наборы данных об их эксперименте и принимать решения о том, как лучше всего продолжить проект.
«Эти данные действительно помогли нам провести мозговой штурм и согласовать наши дальнейшие действия», - сказал Цзи. «Это было особенно важно в начале этого проекта, потому что мы просто не знали, что произойдет с этой новой техникой».
Тысячи лет назад вы бы посадили сотни растений, и одно из них действительно хорошо себя зарекомендовало, поэтому вы бы вывели несколько поколений этого растения. Тем не менее, делая это, вы сужаете генетическое разнообразие до тех пор, пока они не в основном очень, очень похожи», - сказал Джордан. «Хотя это полезно для урожая или других характеристик растений, которые вам могут понадобиться, если есть стресс, к которому они плохо приспособлены, потому что они все настолько похожи, они все будут реагировать одинаково. Это создает потенциально уязвимый урожай».
«Если у них нет генетических различий, чтобы отреагировать, то это может действительно уничтожить урожай», - добавил Шмитц. «Это не спасение, а альтернативная стратегия, которую раньше не пробовали. Идея состоит в том, чтобы получить доступ к генам, которые люди не изучали, потому что они не экспрессируются, но они там есть. Мы считаем, что этот метод реактивация этих генов может привести к увеличению изменчивости признаков, что может быть полезно для биотехнологических приложений».