CRISPR-редактированная пшеница помогает фермерам бороться с сорняками

Китайские фермеры сталкиваются с усугубляющейся проблемой сорняка козлятника ветвистого (Aegilops tauschii), близкого родственника пшеницы.

В настоящее время мезосульфурон — единственный зарегистрированный в Китае гербицид для обработки листьев пшеницы, который контролирует козлятник, но он часто повреждает саму пшеницу. Нетрансгенные сорта пшеницы, толерантные к гербицидам класса имидазолинонов (IMI), могли бы решить проблему, но IMI-гербициды сохраняются в почве и повреждают чувствительные культуры, высаженные месяцы и даже годы спустя. Поэтому миллионам фермеров, практикующих севооборот, крайне необходимы нетрансгенные культуры с признаками толерантности к гербицидам с низким уровнем риска.

Исследовательская группа под руководством профессоров ГАО Цайся и ЛИ Цзяян из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук (IGDB, CAS), совместно с доцентом ЦЗЯН Линьцзянь из Китайского сельскохозяйственного университета (CAU), создала несколько гербицидоустойчивых зародышевых плазм пшеницы с помощью редактирования оснований (base editing).

Учёные получили линии пшеницы, несущие мутации толерантности к гербицидам классов сульфонилмочевины, имидазолинонов и арилоксифеноксипропионатов, путем редактирования генов ацетолактатсинтазы (ALS) и ацетил-КоА-карбоксилазы в коммерческом сорте пшеницы Kenong199.

• Мутации в кодоне P174 гена пшеничной ALS (TaALS-P174) обеспечивают толерантность к никосульфурону — гербициду сульфонилмочевины с относительно низким риском для последующих культур, что указывает на высокую практическую ценность.
• Мутации в положениях TaALS-P174 и TaALS-G631 совместно обеспечивают толерантность к имазапику (имидазолинон) в дозах, в 3 и даже 5 раз превышающих рекомендованные для полей.
• Также была получена пшеница, толерантная к квизалофопу, путём редактирования TaACCase-A1992.

Кроме того, было обнаружено, что редактирование TaALS-P174 придаёт пшенице достаточную устойчивость к никосульфурону в питательной среде MS для использования в качестве селектируемого маркера. Когда редактор для TaALS-P174 сочетался с редакторами других целевых генов, в устойчивых к никосульфурону растениях происходило со-редактирование, а отбор на устойчивости в среде в несколько раз повышал частоту редактирования сопряжённых мишеней. Поскольку TaALS-P174 консервативен у разных видов растений, аналогичные системы селектируемого со-редактирования можно легко создать для облегчения редактирования оснований у других видов.

Статья "Generation of herbicide tolerance traits and a new selectable marker in wheat using base editing" будет опубликована онлайн в журнале Nature Plants 15 апреля 2019 года.