Исследователи Сколтеха впервые в России успешно отредактировали геном пшеницы с помощью метода CRISPR-Cas — был отредактирован ген термочувствительной мужской стерильности пшеницы. В результате эксперимента получены мутантные линии с изменённой структурой колоса, дающие в два раза больше зёрен с одного колоса. Разработка открывает возможности создания новых сортов с повышенной продуктивностью на той же посевной площади.

Работа велась над геном, который, по аналогии с рисом, отвечает за термочувствительную мужскую стерильность. Из-за сложной генетической структуры пшеницы (она является гексаплоидом и несёт три генома) исследователи получили целую коллекцию растений с различными мутациями. Помимо запланированных термочувствительных линий, эксперимент выявил побочный, но крайне важный эффект: у части мутантов изменилась структура колоса.

«Мы получили удивительную, разнообразную коллекцию мутантов. Уже сейчас в нашем фитотроне появились формы с увеличенным числом зерновок. С одного маленького колоска, вместо привычных двух-четырёх зерен, мы собираем шесть. Неизвестно, что в итоге окажется ценнее — запланированные стерильные линии или эти новые формы. Мы считаем это действительно большим достижением», — поделилась результатами профессор Сколтеха Елена Потокина, руководитель агротехнологического направления в Центре био- и медицинских технологий института и научный руководитель проекта.

Учёные получили мутантные линии с использованием CRISPR-Cas9, биобаллистической трансформации и культуры тканей, модифицировав ген TGMS5. Ожидается, что при температуре ниже 22 °C растения фертильны, выше 28 °C — функционируют как женские формы, что позволяет организовать контролируемое перекрёстное опыление без ручных операций.

Ключевая особенность работы — не просто применение известного метода CRISPR-Cas, а его успешная адаптация для конкретной сельскохозяйственной культуры. Разработка технологии, позволяющей вносить точечные изменения в геном пшеницы, заняла у научной группы четыре года.

«Метод CRISPR-Cas известен и удостоен Нобелевской премии, но имплементировать его в сельскохозяйственные культуры, такие как пшеница, крайне сложно. В результате четырёхлетних усилий мы разработали технологию, которая сработала. Теперь, когда метод отлажен, открываются перспективы для получения разнообразия, которого раньше не существовало, так как раньше селекция базировалась на генетических ресурсах растений, сохраняемых в генных банках, но теперь у нас появился инструмент, чтобы создавать это разнообразие самим», — пояснил Аджаз Шафи, создатель новой технологии, младший научный сотрудник Центра био- и медицинских технологий Сколтеха.

Важно, что полученные растения не являются генно-модифицированными в традиционном смысле. Трансформация проводилась без использования агробактерии, с помощью генной пушки, а в последующих поколениях учёные отберут только те линии, которые несут целевые мутации, но не содержат следов вспомогательных конструкций.

Исследователи подчёркивают практическую значимость работы для российского и мирового сельского хозяйства в условиях меняющегося климата. Помимо пшеницы, в лаборатории ведётся широкая работа по редактированию генов сои, подсолнечника и гуара — культуры, которую пытаются адаптировать для выращивания в России.

«В свете быстрых климатических изменений встаёт вопрос использования яровой и озимой пшеницы. Мы ориентированы на индустриальный запрос и видим, что востребованность определённых сортов будет расти. Полученные мутантные линии с изменённой архитектурой колоса — это шаг к созданию сортов с принципиально новой продуктивностью», — добавила Юлия Баймлер, исследователь, заместитель директора по развитию Центра био- и медицинских технологий Сколтеха.

В настоящее время учёные готовятся к следующему этапу исследований — выращиванию следующего поколения мутантных растений при разных температурах для проверки стабильности признаков.