Использование «невидимых» хромосом для передачи пакетов полезных признаков растений

Идеальное культурное растение должно быть вкусным, высокоурожайным и устойчивым к болезням и вредителям. Однако если соответствующие гены находятся далеко друг от друга на хромосоме, некоторые из этих полезных признаков могут теряться в процессе селекции. Чтобы обеспечить совместную передачу полезных признаков, исследователи из Карлсруэского технологического института (KIT) использовали молекулярные ножницы CRISPR/Cas для инвертирования и, таким образом, генетической инактивации девяти десятых хромосомы. Признаки, закодированные на этой части хромосомы, становятся «невидимыми» для генетического обмена и могут передаваться без изменений. Результаты опубликованы в Nature Plants.

Целенаправленное редактирование, вставка или подавление генов в растениях возможно с помощью молекулярных ножниц CRISPR/Cas. «В последние годы мы впервые смогли использовать CRISPR/Cas не только для редактирования генов, но и для изменения структуры хромосом», — говорит профессор Хольгер Пухта, который 30 лет исследует применение генетических ножниц в Ботаническом институте KIT.

Теперь исследователям удалось предотвратить генетический обмен, который обычно является частью наследственного процесса, но может разрывать связи между признаками. «Мы можем практически полностью отключить хромосому, сделав её невидимой, чтобы все признаки на этой хромосоме могли передаваться единым пакетом», — объясняет Пухта. До сих пор, чтобы признаки передавались вместе, гены для этих признаков должны были находиться близко друг к другу на одной хромосоме.

Уроки природы: хромосомная инженерия предотвращает генетический обмен

В своих исследованиях учёные следовали примеру природы. «Такие инверсии — своего рода генетическая невидимость — также часто происходят в меньших масштабах у диких и культурных растений. Мы учимся у природы и применили и расширили наши знания о естественном процессе», — говорит Пухта.

В сотрудничестве с профессором Андреасом Хоубеном из Института генетики растений и исследований культурных растений им. Лейбница (IPK) команда Пухты инвертировала девять десятых хромосомы в модельном организме Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Только на концах хромосомы гены сохранили свою исходную последовательность. «С этими фрагментами хромосома может передаваться следующему поколению, как и другие хромосомы, и не теряется полностью», — отмечает Пухта.

Для эффективной селекции важно сочетать в одном растении как можно больше благоприятных признаков. «Конечно, селекционеры хотят, чтобы их продукты были вкусными, содержали как можно больше витаминов и были устойчивы к болезням. С помощью нашего метода мы можем облегчить эту задачу в будущем», — заключает Пухта.