Испанские ученые из Национального исследовательского совета добилась значительного прогресса в области биотехнологии растений, разработав новый метод подавления активности генов. Для этого были использованы сверхкороткие последовательности рибонуклеиновой кислоты (РНК), переносимые генетически модифицированными вирусами, что позволило настраивать свойства растений. Работа, опубликованная в Plant Biotechnology Journal, данное достижение расширяет перспективы для совершенствования сельскохозяйственных культур, развития функциональной геномики и внедрения принципов устойчивого сельского хозяйства.
Технология вирусных векторов основана на модификации вирусов, при которой удаляются гены, вызывающие заболевание, и вирусы используются для доставки РНК-последовательностей в организм. Применение этого метода к растениям уже показало свою результативность в экспериментах, способствуя стимуляции цветения, ускоряя вывод на рынок улучшенных сортов сельскохозяйственных культур, повышая устойчивость к засухе и обеспечивая производство метаболитов, полезных для здоровья человека, и т. д.
Метод «вирус-опосредованная вставка коротких РНК» (vsRNAi) открывает новые возможности в применении вирусных векторов для повышения агрономических показателей сельскохозяйственных культур. Этот подход позволяет доставлять безвредные для растений короткие молекулы РНК, что запускает процесс РНК-интерференции (RNAi). В результате целенаправленно подавляется активность генов, поскольку трансляция генетической информации в белок блокируется.
Используя комбинацию сравнительной геномики и транскриптомики, ученые разработали технологию vsRNAi, предназначенную для воздействия на определенные гены растений. Было показано, что введение коротких РНК-последовательностей, состоящих из 24 нуклеотидов, эффективно подавляет активность генов у растений. Такие последовательности являются сверхкороткие, в отличие от обычно используемых в технологии вирусных векторов, которые имеют длину около 300 нуклеотидов. Данное нововведение позволяет существенно сократить размер и упростить традиционные конструкции, используемые для подавления активности генов посредством вирусов, что делает технологию более быстрой, экономичной и масштабируемой.
Для достижения этой цели исследовательская группа изучила ген CHLI, играющий ключевую роль в биосинтезе хлорофилла, и разработала вирусные векторы, содержащие вставки из 20–32 нуклеотидов, которые были внесены в геном модельного растения. У обработанных образцов наблюдалось выраженное пожелтение листьев и уменьшение содержания хлорофилла, что свидетельствует о подавлении активности гена. «Анализ малых РНК показал, что технология vsRNAi инициирует синтез малых РНК длиной 21 и 22 нуклеотида, что соответствует эффективной негативной регуляции — механизму, при котором экспрессия генов уменьшается или полностью блокируется», — отмечает исследователь из CSIC.
В рамках проекта был реализован новый метод, использующий модельное растение Nicotiana benthamiana, это позволило продемонстрировать ее эффективность в достижении желаемых изменений у растений семейства паслёновых, которое является одним из важнейших в мире, поскольку включает в себя основные продовольственные культуры, например, картофель. В ходе реализации проекта технология применялась к томатам и красным баклажанам ( Solanum aethiopicum) — эти культуры относятся к малоиспользуемым видам, обладающим значительным потенциалом для расширения ареала выращивания за пределы Африки и Бразилии.
Новый метод обладает рядом достоинств: он прост в применении, отличается высокой специфичностью и экономичностью, а также не вызывает устойчивых изменений в геномах растений. По мнению Пасина, автора статьи, этот подход может стать значительным достижением в изучении немодельных растений, доступ к генетическим ресурсам и биотехнологическим инструментам которых ограничен. Кроме того, он может найти применение в сельском хозяйстве, позволяя изменять характеристики сельскохозяйственных культур по необходимости и целенаправленно бороться с вредителями и болезнями.
Результаты исследований представляют значительный интерес для сельского хозяйства, поскольку позволяют временно изменять характеристики растений для получения желаемых признаков, таких как повышенная урожайность, устойчивость к заболеваниям и улучшенная питательная ценность. Передача vsRNAi между различными видами также указывает на его перспективность для проведения масштабных исследований генома и управления свойствами растений.
[Фото: ru.123rf.com]