Экологическая генетика

С 3 по 5 октября 2023 г. в Санкт-Петербургском государственном университете в рамках реализации Программы создания и развития Научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего» прошла Третья Международная конференция «ГМО: история, достижения, социальные и экологические риски». В этом выпуске представлены материалы избранных докладов конференции, посвященной 300-летнему юбилею Санкт-Петербургского государственного университета.

Актуальность. Идентификация генов-мишеней, обеспечивающих видимый фенотипический эффект, может способствовать разработке стратегий бесследного геномного редактирования и использованию получаемых сортов сельскохозяйственных культур в сельском хозяйстве. CAPRICE (CPC) представляет собой одноповторный транскрипционный фактор R3 MYB, участвующий в биосинтезе антоцианов и образовании трихом. Предположительно, CPC контролирует экспрессию дигидрофлавонол-4-редуктазы (DFR) — ключевого гена биосинтеза антоцианов.

Цель — определить, приводит ли нокаут гена CPC с помощью CRISPR/Cas9 к видимому накоплению антоцианов.

Материалы и методы. Для вырезания домена MYB из гена CPC Arabidopsis thaliana были подобраны 3 направляющие РНК. В редактированных растениях изучали содержание антоцианов и экспрессию генов CPC и DFR.

Результаты. Ожидаемая делеция 662 п. н. была обнаружена у 2,7 % устойчивых к глюфосинату растений, однако ни одна из мутаций не была гомозиготной. Четыре отредактированные линии были изучены в четырех поколениях. В отредактированных линиях наблюдалась активация гена DFR, однако по экспрессии гена CPC, содержанию антоцианов и развитию трихом они существенно не отличались от контрольных растений. Более того, у A. thaliana пигментация не зависела напрямую от экспрессии генов DFR или CPC.

Заключение. Наши результаты демонстрируют, что ген CPC участвует в регуляции экспрессии гена DFR и пути биосинтеза антоцианов, однако при появлении мутаций растения могут использовать другие факторы транскрипции для поддержания гомеостаза. Таким образом, ген CPC арабидопсиса не является подходящей мишенью для исследований системы CRISPR/Cas.

Транскрипционный фактор WOX4 — ключевой регулятор развития камбия, однако к настоящему времени нет данных о его прямых мишенях. В задачи нашей работы входило изучение влияния сверхэкспрессии гена RsWOX4-2 на развитие корня и экспрессии генов у редиса (Raphanus sativus L.) — модельного корнеплодного растения, родственного Arabidopsis thaliana, а также поиск вероятных прямых мишеней транскрипционного фактора RsWOX4-2. Сверхэкспрессия и РНК-интерференция RsWOX4-2 вызывает изменение уровней экспрессии ряда генов, промоторы которых содержат консервативные сайты связывания транскрипционных факторов семейства WOX. С помощью дрожжевой одногибридной системы мы показали, что ДНК-связывающий гомеодомен RsWOX4-2 взаимодействует с сайтом TAATCC в промоторе гена RsLOG3, который кодирует фермент биосинтеза цитокининов.

Митоген-активируемые протеинкиназы (МАРК) являются важными внутриклеточными регуляторами сигнальных путей у растений. Установлено, что некоторые МАРК активируются в корнях бобовых растений при симбиозе с азотфиксирующими бактериями — ризобиями. Один из таких сигнальных регуляторов — MAPK6, которая участвует в развитии симбиоза растений гороха посевного Pisum sativum L. с ризобиями. С использованием генно-инженерных подходов была осуществлена сверхэкспрессия гена PsMAPK6 в трансгенных корнях гороха, что привело к увеличению количества клубеньков и биомассы растений. Мы разработали новые подходы для редактирования генома гороха с использованием технологии CRISPR/Cas9 первичного редактирования (prime editing), когда в качестве мишени использовали ген PsMAPK6. При анализе трансгенных корней гороха в геноме трансформантов был выявлен ген, кодирующий последовательность направляющей РНК Cas9 (pegRNA, от англ. prime-editing guide RNA). Возможность использования методов генной инженерии для получения растений с повышенной эффективностью симбиоза является перспективной для дальнейших экспериментов.

The editorial board regret that in the published version of this conference paper the middle initial of the author M. Lebedeva was shown as A instead of V. The author’s name is Marina V. Lebedeva. The editorial board is confident that the error could not significantly affect the perception of the work and the interpretation of information by readers. The error has been corrected online, the file of the article and the issue have been updated.