Селекционное разведение растений может помочь дать им новые полезные черты, но деревья имеют удручающе долгий репродуктивный цикл. Теперь ученые из Университета Джорджии использовали редактирование генов CRISPR, чтобы заставить тополя цвести через несколько месяцев, а не десяти лет.
Селекция растений — это выращивание, усиление и даже создание желаемых качеств у растений. Это может включать увеличение размера, внешнего вида, питательной ценности, урожайности, устойчивости к вредителям, жаре, холоду, засолению или засухе. Обычно это включает в себя отбор и скрещивание отдельных растений с этими признаками, но это, конечно, требует ожидания, пока растения созреют.
Во многих случаях это нормально — репродуктивный цикл овощных растений, например, составляет несколько месяцев, поэтому можно достаточно быстро проверить, успешен ли эксперимент. Но для деревьев другое дело, так как может пройти несколько лет, чтобы увидеть (иногда буквальные) плоды труда.
В новом исследовании, исследователи из Университета Джорджии обратились к системе редактирования генов CRISPR, чтобы попытаться ускорить процесс. Их целью был тополь, дерево с длительным ювенильным периодом, и может пройти от семи до десяти лет, прежде чем оно начнет цвести. Очевидно, что долго ждать, чтобы проверить, было ли скрещивание успешным.
Часто, когда ученые используют методы редактирования генов, чтобы вызвать раннее цветение, они сосредотачиваются на генах-регуляторах, которые положительно влияют на развитие цветков, но успех для тополя был неоднозначным. Поэтому для нового исследования команда перевернула технику с ног на голову, вместо этого отключив негативное влияние.
Цветки на образцах тополей, растущих в лаборатории Университета Джорджии. Эти цветки обычно не образуются до тех пор, пока дерево не прорастет почти десять лет. Но благодаря процессу редактирования генов ученые смогли сократить этот срок до нескольких месяцев, что намного раньше, чем это происходит в природе. Фото: Kristen Morales.
Исследователи использовали CRISPR, чтобы отключить ген CENTRORADIALIS (CEN), известный тем, что подавляет инициацию цветения у молодых тополей. И действительно, отредактированные экземпляры созрели намного быстрее.
«Предыдущие методы получения ранних цветков у тополей были непоследовательными и лабораторно-трудоемкими», — сказал Си Джей Цай (C. J. Tsai), соавтор исследования. «Но используя CRISPR для редактирования гена-репрессора цветения, мы можем сократить начало времени цветения с более чем семи лет до трех-четырех месяцев, а годовой период развития цветочных органов — до нескольких дней».
Этот прорыв, по словам команды, может помочь ученым вывести новые черты у тополей и других деревьев гораздо быстрее, чем обычно. Например, исследователи протестировали систему, внеся еще одно редактирование гена, которое уменьшило количество хлопкоподобных прикреплений семян, которые образуются весной, что может быть основным триггером для людей, страдающих аллергией.
«Это обеспечивает молекулярную основу для выращивания безволосых семян, которые могут уменьшить распространение аллергенов в городских районах или в лесных хозяйствах», — сказал Цай.
Исследование опубликовано в журнале New Phytologist.
Источник: University of Georgia.
