Создана первая в мире генетически синяя роза

Австралийские и японские исследователи применили технологию РНК-интерференции (RNAi) для замены гена в растениях, создав первую в мире розу, способную давать синий пигмент.

Технология RNAi, разработанная CSIRO, была использована по лицензии компанией Florigene Ltd (Мельбурн, входит в японскую группу Suntory). Это первое коммерческое применение RNAi в растениях. С её помощью был «выключен» ген, кодирующий фермент дигидрофлавонол-редуктазу (DFR) в розе.

Создание истинно синей розы было «Святым Граалем» для селекционеров с 1840 года. Генетики Florigene и Suntory достигли цели, объединив:

  • «Что-то синее» — ген дельфинидина, клонированный из анютиных глазок, чтобы направить синтез пигмента по «синему» пути.
  • «Что-то одолженное» — ген DFR из ириса, необходимый для завершения реакции синтеза дельфинидина.
  • «Что-то новое» — искусственный «глушащий» ген, созданный учёными Suntory с использованием технологии RNAi от CSIRO, чтобы отключить собственный ген DFR розы.

Как создавалась синяя роза

Розы, как и гвоздики, генетически не способны производить синий пигмент дельфинидин. К середине 1990-х Florigene смогла ввести ген дельфинидина из петунии в красную розу 'Cardinal', получив тёмно-бордовый цветок — технический прорыв, но не синюю розу.

Для получения синего цвета нужно было заменить путь синтеза красного пигмента (цианидина) на синий (дельфинидин). Это требовало:

  1. Отключить ген DFR розы, чтобы заблокировать путь цианидина.
  2. Ввести ген дельфинидина и новый ген DFR для завершения его синтеза.

Исследователи Suntory использовали RNAi для создания синтетического гена, подавляющего ген DFR в розе. Они клонировали новый вариант гена дельфинидина из анютиных глазок и объединили его с геном DFR из ириса.

Точность RNAi позволила спроектировать «глушащий» ген, нацеленный исключительно на последовательность ДНК розового DFR, не затрагивая импортированный DFR ириса.

Трёхкомпонентная конструкция (дельфинидин из анютиных глазок, DFR ириса, подавитель DFR розы) сработала: трансгенная роза Suntory производила очень высокие уровни дельфинидина и небольшой остаток цианидина.

Результат: новый сорт имеет привлекательный сиреневый оттенок, похожий на сорта вроде 'Blue Moon'. Однако, в отличие от них (которые вырабатывают цианидин и никогда не станут синими), эта роза обладает генетическим потенциалом стать истинно синей.

Для получения синих оттенков необходимо снизить кислотность лепестков (pH ~4.5 у розы против ~5.5 у гвоздики). Исследователи теперь используют технологию RNAi для поиска и отключения генов, влияющих на кислотность лепестков.

Как работает RNAi

В 1997 году команда доктора Питера Уотерхауса из CSIRO экспериментально подтвердила существование в клетках растений механизма, обнаруживающего и уничтожающего генетические чертежи вторгающихся вирусов.

Клетки сложных организмов содержат «наномашины» — RISC-комплексы (RNA-induced silencing complexes). Когда клетка обнаруживает двуцепочечную РНК (dsRNA) вируса, она активирует RISC, которые разрушают её.

Принцип технологии: создав синтетический ген, содержащий фрагмент двуцепочечной РНК с уникальной последовательностью вируса (или собственного гена растения), можно:

  • Сделать растение устойчивым к вирусу.
  • Точнейшим образом подавить активность любого собственного гена растения («нокаутировать» его) для изучения его функции или модификации свойств.

Будущее технологии RNAi

  • Консорциум Agrikola использовал вектор Hellsgate от CSIRO для создания более 20 000 линий-нокаутов растения Arabidopsis thaliana (модельного организма) — почти для каждого гена в его геноме.
  • Доктор Аллан Грин (CSIRO) применяет RNAi для избирательного «выключения» генов ферментов, участвующих в синтезе жирных кислот в масличных культурах (хлопок, лён, рапс). Цель — модифицировать растения для производства масел, богатых омега-3 жирными кислотами, создав устойчивую альтернативу рыбным ресурсам.

Вывод: Роза Florigene-Suntory — это не только прорыв в цветоводстве, но и предвестник экстраординарного будущего селекции растений в XXI веке, открывающего путь к созданию сельскохозяйственных культур с улучшенными свойствами.