Учёные Научно-технологического университета «Сириус» нашли гены, которые могут повлиять на способность клеток гороха превращаться в полноценное растение после генетической модификации. Это исследование может в будущем помочь ускорить создание новых сортов гороха и других бобовых культур — более питательных, устойчивых к болезням и капризам погоды.
Горох (Lathyrus oleraceus) — сельскохозяйственная культура, с которой очень трудно работать генетикам. Дело в том, что после генетической модификации его клетки почти никогда не «соглашаются» вырасти в полноценное растение. Чтобы понять, почему так происходит, учёные Университета «Сириус» изучили 24 линий гороха и нашли среди них семь таких, чьи клетки способны образовывать так называемые соматические эмбрионы — по сути, зародыши будущих растений, которые формируются не из семян, а прямо из клеток.
Для подробного анализа исследователи выбрали два сорта с противоположными свойствами: «Динга», который хорошо восстанавливается из отдельных клеток, и «Глориоза», у которой такой способности не обнаружено. Сравнив активность генов в клетках этих сортов, учёные собрали список генов-кандидатов, которые, возможно, управляют этим процессом. Их ещё предстоит проверить в дальнейших экспериментах.
Параллельно команда улучшила и саму технологию генетической трансформации гороха. Раньше, чтобы найти клетки, в которые успешно «встроилось» изменение, обычно требовалось специальное флуоресцентное оборудование. Теперь же учёные показали, что для этого подойдёт более простой и доступный способ — визуальный маркер RUBY, который окрашивает изменённые ткани в характерный красный цвет, заметный без сложных приборов. Исследователи подобрали условия, при которых этот маркер срабатывает лучше всего: состав питательной среды, время совместного выращивания тканей и подходящую генетическую конструкцию.
Учёные также проверили, помогают ли отбирать нужные клетки антибиотики канамицин и гигромицин, которые обычно используют для этой цели. Оказалось, что в данном случае антибиотики не увеличивают долю успешно изменённых тканей, а лишь тормозят рост клеточной массы. Поэтому на первых этапах отбора исследователи советуют обходиться без антибиотиков и ориентироваться на окраску, которую даёт маркер RUBY.
«Полученные транскриптомные данные позволяют увидеть, какие именно гены активируются в каллусах, способных формировать соматические эмбрионы, и чем они отличаются от тканей, лишённых этой способности. Это создаёт основу для поиска ключевых регуляторов регенерации, которые в дальнейшем можно будет проверить не только у гороха, но и у других бобовых культур», — отметила руководитель проекта, научный сотрудник направления «Генетика» Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Элина Поценковская.
Универсальный регулятор, который резко усиливал бы способность гороха к регенерации, найти пока не удалось. Но у исследователей теперь есть отлаженная система генетической трансформации и список перспективных генов-кандидатов, которые можно проверять дальше. В перспективе такой подход должен помочь преодолеть регенерационный барьер у гороха и других труднотрансформируемых бобовых культур и быстрее получать сорта с нужными свойствами — например, с повышенным содержанием белка, улучшенными питательными характеристиками, устойчивостью к болезням и климатическим стрессам.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда с паритетным финансированием в рамках Государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус».