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
- Генетика сорняков: изучение генетических особенностей сорняков для улучшения сельскохозяйственных культур
- Цитогенетическая характеристика и разработка молекулярных маркеров новой дисомной линии пшеницы Thinopyrum ponticum 5E (5D) с устойчивостью к мучнистой росе и линейной ржавчине
- Сочетание широкой полосы посадки саженцев с более высокой плотностью растений приводит к увеличению урожайности озимой пшеницы
- Совместное влияние различных режимов орошения и способов внесения азотных удобрений на изменение массы зерна после цветения
- Взаимодействие температуры и режима полива при формировании репродуктивной урожайности и качества семян рапса
- Точное внесение удобрений - это часть головоломки
- Снижение уровня абиотического стресса у сельскохозяйственных культур с помощью обогащённых микоризой биоудобрений, адаптированных к изменению климата
- Адаптивная стратегия посева для улучшения показателей налива зерна и водопотери при выращивании кукурузы под пленочным мульчированием
- Прямое внесение удобрений – прорыв
- Оценка кукурузы для определения приоритетов сбора урожая
- Редактирование генома для получения биоактивной сои с минимальным компромиссом между низким содержанием фитиновой кислоты и урожайностью
- Влияние лесопастбищ, пастбищных деревьев и линейных систем агролесоводства на продуктивность сельского хозяйства
- Эрукамид: специальное средство биологической борьбы с бактериальными заболеваниями растений, нацеленное на T3SS
- Анализ качества зерна на ходу
- Удобное и высокоэффективное мультиплексное редактирование генома аутотетраплоидной люцерны
- Эффективное использование калия для устойчивого производства сельскохозяйственных культур с учётом его содержания в почве
- Профиль интенсивности осадков вызывает изменения в поверхностном и подземном стоке и потере почвы в зависимости от типа растительного покрова
- Повышение эффективности алгоритмов машинного обучения для обнаружения отдельных вредителей и полезных насекомых с помощью методов отбора признаков
- Взаимодействие калия и цинка при внесении в почву влияет на урожайность подсолнечника
- Оптимальное внесение азотных и калийных удобрений повышает устойчивость стебля к полеганию и урожайность масличного льна за счет усиления биосинтеза лигнина.
- Идентификация длинных инсерций и делеций с помощью повторного секвенирования всего генома для точной картирования qIF05-1 содержания изофлавонов в семенах сои