Группа исследователей из Национального исследовательского совета Испании добилась значительного прогресса в области биотехнологии растений, разработав новый метод подавления активности генов. Для этого были использованы сверхкороткие последовательности рибонуклеиновой кислоты (РНК), переносимые генетически модифицированными вирусами, что позволило настраивать свойства растений. Работа, опубликованная в Plant Biotechnology Journal, открывает новые возможности для улучшения сельскохозяйственных культур, функциональной геномики и устойчивого сельского хозяйства.
Технология вирусных векторов предполагает модификацию вирусов, удаление генетического материала, вызывающего заболевание, и превращение их в переносчиков последовательности РНК, которая вводится в организм. Этот метод, применяемый к растениям, уже доказал свою эффективность в экспериментальных условиях при стимулировании цветения и ускорении выведения улучшенных сортов сельскохозяйственных культур, повышении устойчивости к засухе и производстве метаболитов, полезных для здоровья человека, и т. д.
Новый способ, получивший название «вирус-опосредованная вставка коротких РНК» (vsRNAi), представляет собой прорыв в области использования вирусных векторов для улучшения агрономических характеристик сельскохозяйственных культур. С помощью безвредного для растений вируса короткие молекулы РНК переносятся в растения, запуская процесс, известный как РНК-интерференция (RNAi), который целенаправленно подавляет активность генов, препятствуя трансляции информации в гене в белок.
Ученые использовали сочетание сравнительной геномики и транскриптомики для разработки технологии vsRNAi, нацеленной на конкретные гены растений. Они продемонстрировали, что внедрение таких коротких последовательностей РНК, состоящих из 24 нуклеотидов (основных структурных единиц рибонуклеиновой кислоты), может эффективно подавлять активность генов в растениях. Это сверхкороткие последовательности, в то время как в технологии вирусных векторов обычно используются последовательности длиной около 300 нуклеотидов. Это нововведение значительно уменьшает размер и сложность традиционных конструкций для подавления активности генов с помощью вирусов, что позволяет быстрее, дешевле и масштабнее применять технологию.
Для этого исследовательская группа сосредоточилась на гене CHLI, который необходим для биосинтеза хлорофилла, и создала вирусные векторы с вставками из 20–32 нуклеотидов, которые были внедрены в модельное растение. У обработанных образцов наблюдалось заметное пожелтение листьев и снижение уровня хлорофилла, что подтвердило надёжное подавление активности гена. «Секвенирование малых РНК показало, что подход vsRNAi запускает выработку малых РНК длиной 21 и 22 нуклеотида, что коррелирует с эффективной негативной регуляцией — процессом, при котором экспрессия генов снижается или прекращается», — добавляет исследователь из CSIC.
Работа заключалась в применении нового подхода к модельному растению Nicotiana benthamiana, что продемонстрировало его эффективность в достижении желаемых изменений у растений семейства паслёновых, одного из самых важных в мире, поскольку к нему относятся основные продовольственные культуры, такие как картофель. В рамках проекта технология была применена к томатам и красным баклажанам (Solanum aethiopicum) — малоиспользуемым видам с большим потенциалом для выращивания за пределами их нынешних ареалов в Африке и Бразилии.
К преимуществам нового метода относятся его простота, специфичность и экономичность, а также отсутствие стабильных модификаций в геномах растений. «Мы считаем, что этот способ может стать революционным прорывом в области изучения немодельных растений с ограниченным доступом к генетическим ресурсам и биотехнологическим инструментам, а также в сельском хозяйстве, поскольку он позволяет изменять свойства сельскохозяйственных культур по требованию и выборочно бороться с вредителями и болезнями», — говорит Пасин, автор статьи.
Полученные результаты имеют большое значение для сельского хозяйства, поскольку их можно использовать для временной модификации свойств сельскохозяйственных культур с целью получения определённых фенотипов, повышающих урожайность, устойчивость к болезням и питательную ценность. Кроме того, возможность переноса vsRNAi с одного вида на другой подчёркивает его потенциал для высокопроизводительной функциональной геномики и модуляции определённых свойств культур.
[Фото: ru.123rf.com]
