Ученые предлагают вернуться к истокам.
Редактирование генов может втиснуть тысячелетия сельскохозяйственной селекции в один момент
В начале 20-го века странное томатное растение пустило корни в северо-восточных Соединенных Штатах. Из-за случайной генетической мутации ветви растения оказались короче, чем обычно. Результатом стал более компактный урожай, который было легче собирать.
«Производители заметили оригинальный томат и стали выращивать его. Со временем этот признак компактности произвел революцию в коммерческом производстве томатов», — рассказывает Джойс Ван Экк, биолог из Института Бойса Томпсона в Нью-Йорке.
Большинство других качеств, которые мы ассоциируем с помидорами, тоже возникли случайно.
За тысячелетия селекционного размножения плоды томатов увеличились от размера гороха до размера яблока, а созревание упорядочилось с тем, чтобы помидоры в супермаркете были однородно красными.
Фермеры, которые требовали от селекционеров таких признаков, сами того не желая, потеряли растения с другими важными характеристиками (вкус и питательная ценность плодов, устойчивость к засухе).
Генетическая история томатов типична для многих популярных продуктов, когда случайные мутации привели к одомашниванию практически всех овощных и фруктовых растений.
Джойс Ван Экк, также как и другие разделяющие ее мнение генетики, считает, что историю пора перезагрузить. Взять диких предков и их современных родственников, выбрать наилучшие черты, а затем, применяя новую технологию редактирования генов под названием CRISPR-Cas9, получить коммерчески желательные признаки – вкус, пользу для здоровья и насыщенный аромат, которые требуются потребителями в данный момент.
Идея была впервые высказана в 2016 году, когда группа, включающая физиолога из Университета Сан-Паулу Ласаро Эустакио Перейра Переса, обнародовала план повторного одомашнивания помидоров при помощи редактирования генов.
Система CRISPR-Cas9, успешно запущенная в 2013 году, идеально подходит для этих целей. В лабораторных условиях Перес протестировал систему редактирования генов на примере длительного эволюционного процесса, укоротившего ветви томатов.
Все, что должен был сделать Перес, это использовать CRISPR-Cas9 в растении дикого томата, чтобы уничтожить ДНК, направляющую рост длинных побегов, без ущерба для вкуса и качества плодов. В конце прошлого года в Nature Biotechnology он и несколько его коллег доказали, что они могут успешно контролировать длину ветвей, получая при этом ароматные помидоры с более высоким содержанием антиоксиданта ликопина.
Жизнеспособность этой методики была подтверждена другим независимым исследованием, проведенным исследователями в Академии наук Китая, также опубликованном в прошлом году.
Используя, по сути, ту же технику, они внедрили коммерчески ценные признаки, сохраняя устойчивость к засухе у растений дикого томата.
Эти более устойчивые версии культуры могут лучше противостоять последствиям изменения климата. «Самым большим преимуществом одомашнивания de novo является возможность использовать многочисленные природные ресурсы диких растений», — говорит генетик Китайской академии наук Цайся Гао.
Фактически, в то время как Перес работал над томатами, Джойс Ван Экк вооружилась CRISPR, чтобы улучшить коммерческие перспективы выращивания вишни.
Ароматная и очень полезная для здоровья вишня, которая обычно продается фермерами, совсем не подходит для коммерческого производства. Крошечные плоды вишни падают с ветки, как только созревают, что делает практически невозможным сбор урожая в промышленном масштабе. Группа ученых устранила эти проблемы, сравнив гены вишни с генами одомашненных помидоров, выделив схожие для того, чтобы вишня не сбрасывала спелые плоды.
«Вместо того, чтобы ждать случайных мутаций, мы проводим экспресс-одомашнивание», — говорит эксперт.
Тем временем люди начали обращаться к Джойс и по другим культурам. «Ко мне обратился фермер из Нигерии, который сказал, что у них есть местная зерновая культура, которая естественно устойчива к засухе. Однако, растение производит мало семян, и оно слишком громоздкое, что неудобно для сбора урожая. Сейчас наша лаборатория исследует мутации, которые могли бы отредактировать культуру», — говорит она.