CRISPR-ускорение одомашнивания растений для увеличения разнообразия сельскохозяйственных культур
Из более чем 300 000 существующих видов растений лишь три — рис, пшеница и кукуруза — составляют большую часть растительной массы, потребляемой человеком. Это отчасти связано с тем, что в истории сельского хозяйства возникли мутации, сделавшие эти культуры наиболее удобными для сбора урожая. Однако с технологией CRISPR нам не нужно ждать, пока природа поможет одомашнить растения, утверждают исследователи из Копенгагенского университета. В обзоре, опубликованном 2 марта в Trends in Plant Science, они описывают, как редактирование генов может сделать более пригодными для сельского хозяйства, например, дикие бобовые, киноа или амарант, которые уже являются устойчивыми и питательными.
«В теории теперь можно взять те признаки, которые отбирались в течение тысяч лет одомашнивания сельскохозяйственных культур — такие как сниженная горечь и те, что облегчают сбор урожая, — и индуцировать эти мутации в растениях, которые никогда не культивировались», — говорит старший автор Майкл Палмгрен.
Этот подход уже успешно применялся для ускорения одомашнивания недооцененных культур с помощью менее точных методов редактирования генов. Например:
- С помощью химического мутагенеза индуцировали случайные мутации в австралийском диком родственнике риса, чтобы его семена лучше удерживались после созревания.
- В диком полевом кресс-салате с помощью РНК-интерференции «замолчали» гены, вовлеченные в синтез жирных кислот, что улучшило качество масла в семенах.
«Все растения, которые мы едим сегодня, — мутанты. Но современные культуры отбирались тысячелетиями, и их мутации возникали случайно. С помощью редактирования генов мы можем создавать "биологически вдохновленные организмы": мы не хотим улучшать природу, мы хотим извлечь пользу из того, что природа уже создала», — поясняет Палмгрен.
Эта стратегия также может помочь решить проблемы, связанные с использованием пестицидов и воздействием крупномасштабного сельского хозяйства на окружающую среду. Например, дикие бобовые благодаря симбиозу с бактериями могут превращать атмосферный азот в собственное удобрение, что снижает загрязнение от избытка азота в удобрениях.
Ускоренное одомашнивание может столкнуться с этическими, экономическими и юридическими проблемами, характерными для редактирования генов культур. Однако общественное мнение может отнестись к нему иначе, поскольку этот подход не предполагает переноса генов от другого организма, а лишь удаление существующих генов. Для фермеров и селекционеров внедрение малоиспользуемых видов растений может быть не сразу привлекательным из-за низкого спроса, поэтому потребуется работа по формированию потребительского интереса. В конечном счете, общественная польза от такого перехода может стать решающим аргументом.
Группа Палмгрена, которая ранее предлагала использовать редактирование генов для «одичания» одомашненных растений и повышения их устойчивости для органического земледелия (DOI: 10.1016/j.tplants.2015.04.011), надеется, что по мере эволюции сельского хозяйства им удастся подготовить общественность и политиков к внедрению редактирования генома в нашу продовольственную систему.