Более крупные и тяжелые зерна пшеницы - так доцент Ванлонг Ли из кафедры биологии и микробиологии SDSU стремится увеличить производство пшеницы. Благодаря трехлетнему гранту Министерства сельского хозяйства США в размере 930 000 долларов США Ли сотрудничает с Бинг Янгом, адъюнкт-профессором генетики, развития и клеточной биологии в штате Айова, чтобы увеличить размер и вес зерна пшеницы с помощью точного инструмента редактирования генов. известный как CRISPR/Cas9.
Штат Южная Дакота является одним из семи университетов страны, получивших финансирование для разработки новых сортов пшеницы в рамках программы Международного партнерства по урожайности пшеницы (IWYP) Национального института продовольствия и сельского хозяйства. Программа поддерживает Инициативу G20 по пшенице, которая направлена на улучшение генетики, связанной с урожайностью, и создание сортов, адаптированных к различным регионам и условиям окружающей среды.
Цель IWYP, созданной в 2014 году, - увеличить урожайность пшеницы на 50 процентов за 20 лет. В настоящее время ежегодный прирост урожайности составляет менее 1 процента, но для достижения цели WYYP урожайность пшеницы должна увеличиваться на 1,7 процента в год. «Это квантовый скачок», - сказал он. «Нам нужно много работать, чтобы достичь этого».
Люди потребляют более 500 миллионов тонн пшеницы в год, по словам Ли. Однако производство пшеницы в США сокращается, потому что фермеры могут зарабатывать больше денег, выращивая другие культуры. Он надеется, что увеличение потенциальной урожайности сделает пшеницу более прибыльной.
Во-первых, исследователи определят гены, которые контролируют размер и вес зерна мягкой пшеницы, используя геном риса в качестве модели.
Инструмент редактирования CRISPR позволяет исследователям отключать каждый негативно регулирующий ген и, таким образом, изучать его функцию, по словам Ли. «CRISPR работает быстро и точно», - добавил он. «Он может производить очень точные мутации».
Эта техника будет использоваться для создания 30 конструкций, нацеленных на 20 генов, негативно влияющих на размер и вес зерна пшеницы. Из них Центр трансформации растений Дэвиса Калифорнийского университета на основе контракта на обслуживание произведет 150 трансгенных растений первого поколения, а исследователи SDSU затем определят, какие из них дают более крупные семена. Над проектом будут работать один аспирант и научный сотрудник.
«Конечные продукты не являются генетически модифицированными организмами», - подчеркнул Ли. «Когда мы переносим один из генов CRISPR в пшеницу, она становится трансгенной. Это приводит к мутации в другой области генома. Когда растения затем самоопыляются или подвергаются обратному скрещиванию, трансген и мутация разделяются».
Затем исследователи проверяют растения, чтобы выбрать те, которые несут желаемые мутации. «Это нулевой трансген», - сказал Ли, отметив, что Министерство сельского хозяйства США одобрило этот процесс для других организмов. Ян использовал эту технику для получения устойчивого к бактериальному ожогу риса.
В рамках проекта исследователи также перенесут мутации в твердую пшеницу. В конечном счете, эти мутации, повышающие урожайность, вместе с маркерами для идентификации признаков могут быть перенесены на яровую и озимую пшеницу.