Учёные Научно-технологического университета «Сириус» нашли гены, которые могут повлиять на способность клеток гороха превращаться в полноценное растение после генетической модификации. Исследователи сравнили два сорта, сильно различающихся по способности к регенерации, и выяснили, какие гены работают в их клетках по-разному. Параллельно учёные усовершенствовали метод, который позволяет быстро находить генетически изменённые клетки гороха. Полученные результаты помогут проверить роль найденных генов и в дальнейшем разработать технологии для создания новых сортов гороха и других бобовых — например, более богатых белком, устойчивых к болезням и неблагоприятным условиям среды. Проект реализован в рамках гранта Российского научного фонда с паритетным финансированием в рамках государственной программы научно-технологического развития федеральной территории «Сириус».
Горох (Lathyrus oleraceus) относится к труднотрансформируемым сельскохозяйственным культурам. Одна из главных проблем заключается в том, что его клетки после генетической трансформации редко способны сформировать полноценное растение. Чтобы разобраться в молекулярных причинах этого ограничения, исследователи Научно-технологического университета «Сириус» идентифицировали семь линий гороха, способных образовывать соматические эмбрионы, и выбрали для подробного сравнения два контрастных сорта — «Динга» и «Глориоза». Первый обладает способностью к регенерации, а у второго регенерация не обнаружена. Анализ активности генов в клетках этих сортов позволил получить транскриптомные данные на этапе формирования соматических эмбрионов и сформировать выборку потенциальных регуляторов регенерации для дальнейшей проверки.
Одновременно команда усовершенствовала саму систему генетической трансформации. Исследователи показали, что визуальный маркер RUBY позволяет обнаруживать трансгенные ткани по характерному красному окрашиванию без дополнительного флуоресцентного оборудования. Учёные также подобрали условия, при которых система работает наиболее эффективно, в том числе состав питательной среды, время кокультивации и генетическую конструкцию для экспрессии маркера. Эксперименты с антибиотиками канамицином и гигромицином показали, что в разработанной системе они не увеличивают долю трансгенных тканей, но подавляют рост каллусов. Поэтому на ранних этапах отбора исследователи предлагают использовать визуальный контроль с помощью RUBY без антибиотиков.
«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», — отмечает руководитель проекта, научный сотрудник направления «Генетика» Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Элина Поценковская.
Универсальный регулятор, который значительно усиливал бы регенерацию гороха, в ходе проекта обнаружить пока не удалось. Однако теперь исследователи располагают оптимизированной системой трансформации и набором наиболее перспективных кандидатов, которые можно проверять экспериментально. В дальнейшем такой подход может помочь преодолеть регенерационный барьер у гороха и других труднотрансформируемых бобовых культур и ускорить получение сортов с необходимыми свойствами — например, повышенным содержанием белка, улучшенными питательными характеристиками и устойчивостью к болезням и климатическим стрессам.