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.

Редакция сожалеет, что в опубликованной версии тезиса доклада произведения инициал отчества автора М. Лебедевой был указан как А вместо В. Имя автора — Лебедева Марина Валерьевна. Редакция уверена, что допущенная ошибка не могла существенно повлиять на восприятие произведения и интерпретацию информации читателями. В электронной форме на сайте журнала ошибка исправлена, файл статьи и выпуска обновлены.