Главные Новости
Владимир Зеленский Техно Кино Автоновости
Исследователи могут, наконец, модифицировать растительную митохондриальную ДНК
Автор: Allnewsua.live

Исследователи из Японии впервые отредактировали растительную митохондриальную ДНК, что может привести к более безопасному снабжению пищей.

Ядерная ДНК была впервые отредактирована в начале 1970-х годов, хлоропластная ДНК была впервые отредактирована в 1988 году, а митохондриальная ДНК животных была отредактирована в 2008 году. Однако ни один инструмент ранее не успешно редактировал митохондриальную ДНК растений.

Исследователи использовали свою технику для создания четырех новых линий риса и трех новых линий рапса (рапса).

«Мы знали, что добились успеха, когда увидели, что рисовое растение было более вежливым - у него был глубокий поклон», - сказал доцент Синьити Аримура, шутя о том, как плодородное рисовое растение наклоняется под тяжестью тяжелых семян.

Аримура является экспертом в области молекулярной генетики растений в Токийском университете и возглавлял исследовательскую группу, результаты которой были опубликованы в журнале Nature Plants. Сотрудники в университете Тохоку и университете Тамагава также внесли свой вклад в исследование.



Генетическое разнообразие для питания

Исследователи надеются использовать эту технику для решения проблемы нынешнего недостатка митохондриального генетического разнообразия в сельскохозяйственных культурах, потенциально разрушительного слабого места в нашем продовольственном снабжении.

В 1970 г. на техасских кукурузных фермах появилась грибковая инфекция, которая усиливалась геном в митохондриях кукурузы. Все кукурузы на фермах имели один и тот же ген, поэтому ни одна из них не была устойчивой к инфекции. Пятнадцать процентов всего урожая американской кукурузы было убито в этом году. С тех пор кукуруза с этим специфическим митохондриальным геном не была посажена.

«У нас все еще есть большой риск, потому что в мире так мало растительных митохондриальных геномов. Я хотел бы использовать нашу способность манипулировать митохондриальной ДНК растений, чтобы добавить разнообразия », - сказал Аримура.

Растения без пыльцы

Большинство фермеров не спасают семена от своего урожая для пересадки в следующем году. Гибридные растения, потомство первого поколения двух генетически разных родителей, обычно более выносливые и продуктивные.



Чтобы обеспечить фермерам свежие гибридные семена первого поколения каждый сезон, сельскохозяйственные компании производят семена посредством отдельного процесса размножения с использованием двух разных родителей. Один из этих родителей - мужчина бесплодный - он не может производить пыльцу.

Исследователи называют распространенный тип мужского бесплодия растений как цитоплазматическое мужское бесплодие (CMS). CMS - это редкое, но встречающееся в природе явление, вызванное прежде всего генами не в ядре клеток, а в митохондриях.

Зеленые бобы, свекла, морковь, кукуруза, лук, петуния, рапсовое (рапсовое) масло, рис, рожь, сорго и подсолнечник можно выращивать в промышленных масштабах, используя родителей с мужским бесплодием типа CMS.

За зеленым

Растения используют солнечный свет для производства большей части своей энергии посредством фотосинтеза в зеленых пигментированных хлоропластах. Однако, по словам Аримуры, известность хлоропластов переоценивают.

«Большая часть растения не зеленая, только листья над землей. И многие растения не имеют листьев в течение полугода », - сказал Аримура.

Растения получают значительную часть своей энергии через ту же «электростанцию ​​клетки», которая вырабатывает энергию в клетках животных: митохондрии.

«Нет растительных митохондрий, нет жизни», - сказал Аримура.

Митохондрии содержат ДНК, полностью отделенную от основной ДНК клетки, которая хранится в ядре. Ядерная ДНК - это длинный генетический материал с двойной спиралью, унаследованный от обоих родителей. Митохондриальный геном является кольцевым, содержит гораздо меньше генов и в основном наследуется только от матерей.

Митохондриальный геном животных - это относительно небольшая молекула, содержащаяся в единой кольцевой структуре с замечательной сохранностью между видами.

«Даже митохондриальный геном рыбы похож на человеческий», - сказал Аримура.

Митохондриальные геномы растений - это отдельная история.

«Митохондриальный геном растения огромен по сравнению с ним, его структура намного сложнее, гены иногда дублируются, механизмы экспрессии генов не совсем понятны, а некоторые митохондрии вообще не имеют геномов - в наших предыдущих исследованиях мы наблюдали, что они сливаются с другими митохондриями для обмена белковых продуктов, а затем снова разделяются », - сказал Аримура.

Манипулирующее растение митохондриальной ДНК

Чтобы найти способ манипулировать сложным растительным митохондриальным геномом, Аримура обратился к сотрудникам, знакомым с системами CMS в рисе и рапсе (канола). Предыдущие исследования убедительно показали, что у обоих растений причиной CMS был единственный, эволюционно не связанный ген митохондрий у риса и рапса (канола): явные мишени в лабиринте растительных митохондриальных геномов растений.

Команда Аримуры адаптировала технику, которая ранее редактировала митохондриальные геномы клеток животных, растущих в чашке. Техника, называемая mitoTALENs, использует один белок, чтобы найти митохондриальный геном, разрезать ДНК на желаемом гене и удалить его.

«Хотя удаление большинства генов создает проблемы, удаление гена CMS решает проблему для растений. Без гена CMS растения снова становятся плодородными », - сказал Аримура.

Полностью плодородные четыре новые линии риса и три новые линии рапса (канолы), созданные исследователями, являются доказательством того, что система mitoTALENs может успешно манипулировать даже сложным митохондриальным геномом растения.

«Это важный первый шаг для исследования митохондрий растений», - сказал Аримура.

Исследователи будут изучать митохондриальные гены, ответственные за мужское бесплодие растений, более детально и выявлять потенциальные мутации, которые могут добавить столь необходимое разнообразие.

Перекладено з EN: Technology Org.


Читать также: