Успех «цисгеники» в лесоводстве открывает новые возможности для биотехнологии

Учёные-лесоводы из Университета штата Орегон впервые продемонстрировали, что скорость роста и другие характеристики деревьев можно изменить с помощью цисгеники — вида генной инженерии, концептуально схожего с традиционной селекцией растений.

Цисгеника использует гены от близкородственных видов, которые обычно способны к скрещиванию. Если правительства решат регулировать её аналогично обычной селекции, это может открыть новое будущее для биотехнологий не только в лесоводстве, но и в сельском хозяйстве.

В исследовании, опубликованном в Plant Biotechnology Journal, учёные с помощью цисгенной манипуляции повлияли на действие гибберелловой кислоты (растительного гормона) в тополях. Это значительно повлияло на скорость роста, морфологию и свойства древесины саженцев.

До сих пор большинство применений биотехнологий использовали трансгенику, когда признаки переносятся от одного растения или животного в неродственный вид, — пояснил Стивен Штраус, профессор лесной биотехнологии. — В отличие от этого, цисгеника использует целые гены из того же растения или очень близкородственного вида. Мы можем улучшить медленный и неопределённый процесс селекции растений, добиваясь большей скорости и определённости эффекта.

Это стало возможным благодаря растущим знаниям о функциях конкретных генов и огромному увеличению скорости секвенирования геномов.

Современная селекция, в ходе которой родственные виды скрещивают для улучшения признаков, восходит к концу XIX века. Цисгеника работает по тому же базовому механизму, но с гораздо более высокой степенью генетического понимания.

При цисгенике вы точно знаете, какой ген вы выбираете и что вставляете, и этот процесс аналогичен тому, что происходит естественным путём в ходе селекции и эволюции, — сказал Штраус. — Мы берём ген у тополя и вставляем его обратно в тополь. Это проще принять многим людям, и мы считаем, что такие подходы должны быть освобождены от регуляторных проверок, требуемых для большинства трансгенных культур.

Генетический анализ естественной вариации признаков растений даёт важные подсказки для цисгенных подходов. Узнав, какие гены контролируют рост и устойчивость к болезням, их можно взять у одного растения и вставить обратно в тот же или близкородственный вид, усиливая или ослабляя желаемую характеристику. Концептуально это то же самое, что мы делаем в обычной селекции растений уже два столетия.

В новом исследовании с тополями учёные смогли изменить скорость роста деревьев — одни росли быстрее, другие медленнее. Как более низкие, так и более высокие деревья могут быть полезны для разных целей.

Желательные характеристики могут касаться скорости роста, устойчивости к засухе или болезням, времени цветения и других признаков. Ген, повышающий термостойкость растений, может помочь им справиться с потеплением климата. Применения в биоэнергетике, такие как ускоренный рост или модифицированная биомасса для переработки в этанол, также возможны.

Способность вставлять гены устойчивости от родственных видов может дать новые инструменты для борьбы с вредителями и болезнями деревьев, и сделать это намного быстрее, чем при обычной селекции, которая часто занимает много лет.

В этом исследовании Штраус показал, что создание аналогичных изменений с помощью нативных цисгенов возможно за один год.