Горох станет более полезным: исследователи из Научно-технологического университета «Сириус» разработали методику создания новых сортов бобовых с повышенным уровнем белка и устойчивостью к заболеваниям и климатическим изменениям.
Это открывает новые горизонты для более точной и быстрой селекции растений, которые смогут обеспечивать стабильный урожай и предоставлять рацион растительным белком даже в сложных условиях. Эксперты, опрошенные «Известиями», утверждают, что такие сорта уменьшат зависимость от импортного соевого белка и помогут обеспечить потребности жителей регионов с неблагоприятными погодными условиями в питательных и полезных продуктах. Однако результаты, полученные в лаборатории, необходимо подтвердить в практических испытаниях.
Бобовые с улучшенными характеристиками
Исследователи Научно-технологического университета «Сириус» обнаружили гены, которые могут влиять на способность клеток гороха превращаться в полноценное растение после генетической модификации. Специалисты сравнили два сорта, которые существенно различаются по регенеративным способностям, и определили, какие гены в их клетках функционируют по-разному. В то же время ученые усовершенствовали метод, позволяющий быстро выявлять генетически измененные клетки гороха. Эти результаты помогут выяснить роль найденных генов и впоследствии разработать технологии для создания новых сортов гороха и других бобовых, например, более богатых белком и устойчивых к болезням и неблагоприятным условиям.
Горох (Pisum sativum) относится к трудно трансформируемым сельскохозяйственным культурам, отметили исследователи. Одна из основных проблем заключается в том, что его клетки после генетической трансформации редко способны образовать полноценное растение.
Чтобы выяснить молекулярные причины этого ограничения, ученые выделили семь линий гороха, которые могут образовывать соматические эмбрионы (зародыши, полученные в лабораторных условиях из обычных клеток растения), и выбрали для детального анализа два контрастных сорта — «Динга» и «Глориоза». Первый сорт обладает способностью к регенерации — его ткани могут восстанавливать организм из изолированных клеток, тогда как у второго такой механизм отсутствует. Исследователи проанализировали активность генов в клетках этих сортов на этапе, когда из обычных клеток растения начинают формироваться зародыши. Это исследование дало возможность понять, какие гены активны в данный период, и выбрать потенциальные регуляторы регенерации для дальнейшего изучения.
Синхронно группа усовершенствовала сам процесс генетической трансформации. Ученые продемонстрировали, что визуальный маркер RUBY позволяет выявлять трансгенные ткани по характерному красному цвету без использования дополнительного флуоресцентного оборудования. Также были установлены условия, при которых система функционирует наиболее эффективно.
— Это создает фундамент для поиска ключевых регуляторов регенерации, которые можно будет проверить не только у гороха, но и у других бобовых культур,— отметила руководитель проекта, научный сотрудник направления «Генетика» Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Элина Поценковская.
Универсальный механизм, способный значительно улучшить восстановление гороха, пока не найден. Однако у исследователей теперь имеется оптимизированная система трансформации и набор самых многообещающих кандидатов для экспериментальной проверки. В будущем такой подход поможет преодолеть регенерационный барьер у гороха и других трудно трансформируемых бобовых культур и ускорить получение сортов с необходимыми характеристиками — например, с повышенным содержанием белка, улучшенными питательными свойствами и устойчивостью к заболеваниям и климатическим стрессам.
Перспективы метода для пищевой отрасли
Исследования, проводимые в университете «Сириус», имеют важное значение для российской науки. Определение способности клеток гороха превращаться в полноценное растение после генетической модификации — это один из шагов к созданию новых высокомаржинальных культур, отметил руководитель сегмента «Умные цепи поставок» рабочей группы FoodNet (Фуднет) НТИ Сергей Косогор.
— Россия традиционно сталкивается с неблагоприятными климатическими условиями, многие регионы находятся в зоне рискованного земледелия, а с учетом изменений климата наше сельское хозяйство все чаще подвергается неожиданным ситуациям, перепадам температур, ледяным дождям и гололеду, грибковым заболеваниям и так далее. В связи с этим создание культур, устойчивых к болезням и трудным условиям среды, будет востребовано нашими производителями,— отметил специалист.
Генетика гороха долгое время оставалась сложной задачей: его клетки крайне неохотно возвращаются к состоянию целого растения после редактирования. Ученые сравнили два сорта с различной способностью к регенерации и нашли гены-регуляторы, которые фактически функционируют как «переключатели», определяющие, проснется клетка или останется просто клеткой в пробирке, пояснила молекулярный биолог Арина Холькина.
— Это меняет подход к селекции: вместо случайного перебора появляются конкретные цели, а усовершенствованный метод поиска измененных клеток действует как фонарик в темноте, подсвечивая те из них, с которыми стоит продолжать работу, без дополнительного оборудования,— подчеркнула эксперт.
По ее словам, востребованность бобовых с улучшенными свойствами подтверждается рыночными тенденциями. Горох содержит 20–30% белка с полным набором незаменимых аминокислот. В 2025 году объем российского рынка продуктов из растительного белка составил около 180 тыс. тонн, а к 2030 году он может достигнуть 200 тыс. тонн, рассказала Арина Холькина. Поэтому новые сорта, богатые белком и устойчивые к болезням, будут востребованы: они снижают зависимость от импортного соевого белка и делают питание более доступным и белковым.
Проект реализован в рамках гранта Российского научного фонда с паритетным финансированием по государственной программе научно-технологического развития федеральной территории «Сириус». Ученые подчеркивают, что полученные в лаборатории данные еще предстоит проверить в практических условиях.
Фото: hi-tech.mail.ru