Использование «прыгающих генов» томатов может ускорить селекцию засухоустойчивых культур
Исследователи из Лаборатории Сэйнсбери (SLCU) и Департамента наук о растениях Кембриджского университета обнаружили, что стресс от засухи активирует семейство «прыгающих генов» (ретротранспозонов Rider), которые, как было известно ранее, влияют на форму и цвет плодов томатов. Их характеристика Rider, опубликованная в журнале PLOS Genetics, показала, что это семейство также присутствует и потенциально активно в других сельскохозяйственных культурах, что подчеркивает его потенциал как источника новых вариаций признаков для лучшей адаптации растений к экстремальным условиям, вызванным изменением климата.
«Транспозоны несут огромный потенциал для улучшения сельскохозяйственных культур. Они являются мощными драйверами разнообразия признаков, и хотя мы использовали эти признаки для улучшения наших культур на протяжении поколений, только сейчас начинаем понимать молекулярные механизмы, вовлеченные в этот процесс», — сказал первый автор статьи доктор Маттиас Бенуа.
Транспозоны, или «прыгающие гены», — это мобильные фрагменты ДНК, которые могут копировать себя в новые позиции в геноме. Они могут изменять, нарушать или усиливать работу генов. Обнаруженные в 1940-х годах, только сейчас ученые осознают, что транспозоны не являются «генетическим мусором», а играют важную роль в эволюционном процессе и в изменении экспрессии генов.
Использование уже присутствующих в растениях «прыгающих генов» для создания новых признаков стало бы значительным шагом вперед по сравнению с традиционными методами селекции. Это позволило бы быстро генерировать новые признаки у культур, которые традиционно выводились для однородности. Они позволили бы производить огромное разнообразие новых признаков, которые затем можно было бы уточнять с помощью технологий редактирования генов.
«В большом масштабе, например, на поле томатов, где транспозоны активированы в каждой особи, мы ожидаем увидеть огромное разнообразие новых признаков. Контролируя этот процесс "случайной мутации" внутри растения, мы можем ускорить его для создания фенотипов, которые мы даже не можем себе представить», — сказал соавтор статьи доктор Хайк Дрост.
Современные технологии редактирования генов мощны, но часто требуют понимания функции гена и обычно нацелены на один или несколько генов. Активность транспозонов — это естественный инструмент, уже присутствующий в растении. Его использование предлагает свободный от трансгенов метод селекции, соответствующий законодательству ЕС о ГМО.
Работа также показала, что Rider присутствует в нескольких видах растений, включая экономически важные культуры, такие как рапс, свекла и киноа. Это открывает возможности для исследований по его контролируемой активации или повторному введению в растения, что может значительно сократить время селекции.
«То, что активность Rider запускается засухой, предполагает, что он может создавать новые генные регуляторные сети, которые помогут растению реагировать на засуху. Это означает, что мы можем использовать Rider для выведения культур, лучше адаптированных к засухе, обеспечивая отзывчивость к ней у генов, уже присутствующих в культурах. Это особенно важно в условиях глобального потепления», — сказал Бенуа.