Создание системы редактирования генома для получения ароматной зародышевой плазмы сахарного сорго

Сорго, представляющее собой пятую по величине зерновую культуру в мире, включает различные виды, такие как зерновое, сахарное, кормовое и биомассы, каждый из которых имеет свое специфическое назначение. Среди них сахарное сорго (Sorghum bicolor (L.) Moench) выделяется своей универсальностью, исключительной устойчивостью к абиотическим стрессам и высокой биомассой. Это делает его ценным источником корма с высоким содержанием сахара, а также сырьем для производства сиропа и биотоплива.

Несмотря на важность сахарного сорго, функциональные геномные исследования и биотехнологическая селекция этой культуры находятся на начальной стадии. Это создает необходимость в разработке более эффективных методов генетической трансформации и редактирования генома.

Цели исследования

В данном исследовании была поставлена задача создать систему генетической трансформации и редактирования генома на основе CRISPR/Cas9 для элитного сорта сахарного сорго Gaoliangzhe (GZ), который обладает повышенной устойчивостью к засолению и засухе. Основное внимание было уделено гену бетаин-альдегид-дегидрогеназы 2 (SbBADH2), который отвечает за выработку ароматического компонента 2-ацетил-1-пирролина (2-АП).

Устойчивость сахарного сорго

Сахарное сорго выделяется высокой устойчивостью к различным абиотическим стрессам, включая засоление, щелочность, засуху и высокие температуры. Это растение, относящееся к типу фотосинтеза С4, демонстрирует высокую эффективность использования воды и значительную биомассу, что позволяет ему давать в 2–3 раза больше урожая по сравнению с кукурузой. Сахарное сорго может расти на неблагоприятных почвах, обеспечивая дополнительные продовольственные ресурсы и биоэнергию, не конкурируя с основными сельскохозяйственными культурами.

Проблемы и вызовы

Несмотря на выявление ключевых генов, регулирующих содержание стеблевого сока и устойчивость к солям, отсутствие надежной системы генетической трансформации и эффективных инструментов редактирования генома, таких как CRISPR/Cas9, тормозит прогресс в генетическом улучшении сахарного сорго. Ароматические свойства, такие как выработка 2-АП, важны для селекции сельскохозяйственных культур, и ген BADH2 является ценным объектом для генетических мутаций.

Методы исследования

В этом исследовании была разработана система генетической трансформации с использованием Agrobacterium tumefaciens и системы редактирования генома на основе CRISPR/Cas9. Для редактирования генома был использован вектор CRISPR/Cas9 с Cas9, управляемым промотором убиквитина кукурузы, и одна направляющая РНК (sgRNA), нацеленная на ген SbBADH2.

Результаты

С помощью технологии редактирования генома была получена ароматная линия сахарного сорго, что стало первым подобным достижением для этой культуры. Сорт GZ, обладающий сладостью, сравнимой со сладостью сахарного тростника (среднее содержание сахара в стеблях – 18,76%), был выбран в качестве объекта для редактирования генома благодаря своей высокой биомассе и устойчивости к засолению и засухе.

Результаты данного исследования закладывают прочную основу для дальнейших функциональных геномных исследований и биотехнологической селекции сортов сахарного сорго. Интеграция генетической трансформации и технологий редактирования генома на основе CRISPR/Cas9 представляет собой многообещающую стратегию, которая может произвести революцию в процессах улучшения сельскохозяйственных культур и повысить глобальную продовольственную безопасность. Создание ароматных линий сахарного сорго открывает новые горизонты для селекции и улучшения этой важной культуры.

Исследование: aBIOTECH