Разработана альтернатива генной модификации растений
Японские ученые из научно-исследовательского центра RIKEN разработали альтернативу генной модификации растениям — спрей с биоактивными молекулами, которые регулируют экспрессию генов растений. Статья о проведенной работе опубликована в журнале ACS Nano.
Новые технологии помогают нам напрямую редактировать геномы организмов, получая ГМО. Генетически модифицированные растения могут получать полезные свойства: например, они могут быть более устойчивыми к вредителям и засухам. Однако для получения трансгенных растений требуются время и деньги. Кроме того, ГМО вызывают опасения в обществе.
Японские ученые решили, что альтернативой генной модификации может служить внедрение неких биоактивных молекул, которые могли бы регулировать экспрессию генов растений или полностью их подавлять. В таком случае молекулы должны находиться на каком-то носителе, который может проникать через плотные клеточные стенки растительных клеток. В качестве наилучшего метода доставки, который бы эффективно показал себя в реальных сельскохозяйственных условиях, был выбран спрей, который может быть легко распылен на больших полях. В качестве носителя ученые избрали проникающие в клетку пептиды (CPPs), так как они могут быть нацелены на конкретные структуры внутри растительных клеток, например на хлоропласты или митохондрии. Затем исследователям нужно было выбрать CPPs, которые бы были наиболее эффективными в спрее. Для этого ученые отобрали ряд природных и синтетических CPPs и добавили к ним флуоресцентную желтую метку. Полученные спреи нанесли на листья растений, а затем оценили количество флуоресценции в листьях с помощью конфокальной микроскопии в разные временные точки. Для проведения этой процедуры использовали не только резуховидку Таля, которая является модельным организмом, но и ряд разных видов сои и помидоров. В результате ученые определили несколько природных CPPs, которые могли проникать через внешний слой листьев растений, а в некоторых случаях даже глубже.
В дальнейших экспериментах исследователи присоединили к CPPs плазмидную ДНК с новыми генами и внесли их в листья растений с помощью спрея на водной основе. Новые гены успешно экспрессировались в резуховидке Таля и сое. Обратный эксперимент с подавлением экспрессии также прошел успешно. Ученые получили трансгенное растение, в листьях которого происходила чрезмерная экспрессия гена, отвечающего за желтую флуоресценцию. После внесения спрея с интерферирующей РНК, прикрепленной к CPPs, исследователям удалось подавить флуоресценцию. Ученым также удалось подавлять экспрессию генов, специфичных только для хлоропластов. Кроме того, эксперты показали, что в состав спрея можно включать и другие биоактивные молекулы. Например, можно временно увеличить число пор в листьях, из-за чего в клетки растений попадает больше активного вещества.
«Митохондрии и хлоропласты регулируют большую часть метаболических процессов в растениях. Если сделать эти структуры мишенью для биоактивных молекул, которые содержатся в спрее, то можно эффективно улучшить те или иные качества сортов растения, которые будут выгодны с точки зрения экономики. Наш следующий шаг — улучшение эффективности системы доставки. Мы надеемся, что наша система может быть безопасно использована для защиты урожая от паразитов и других вредных факторов», – рассказал о планах Масаки Одахара, руководитель исследования.