CRISPR помог «заново одомашнить» помидоры

Генные инженеры последовательно выключили у дикого предка культурного томата шесть генетических локусов и получили растения с ценными коммерческими свойствами, которые не уступают современным сортам. К примеру, по сравнению с модельным сортом черри Микро-Том, содержание ликопина в «заново одомашненных» помидорах выросло на 500 процентов. Работа опубликована в Nature Biotechnology.

Ежегодно в мире потребляется около ста миллионов тонн помидоров. Культивируемый сегодня томат Solanum lycopersicum произошел от дикого предка Solanum pimpinellifolium, плоды которого были размером с горошину. В процессе селекции томаты приобрели множество полезных свойств, но при этом утратили генетическое разнообразие, которое делало их диких предков устойчивыми к неблагоприятным условиям. Биоинженеры предположили, что направленное конструирование нужных свойств на базе дикого помидора поможет получить сорта, которые будут отличаться как размером и питательными свойствами плодов, так и стрессоустойчивостью.

Бразильские ученые из федерального университета Висозы в сотрудничестве с коллегами из США и Германии ранее идентифицировали у культурных томатов как минимум шесть генетических локусов, инактивация которых в результате случайных мутаций внесла основной вклад в сельскохозяйственную значимость этой культуры. Так, они показали, что за рост растений в высоту отвечает локус SELF-PRUNING (SP), за круглую форму и мелкий размер плодов — локусы OVATE (O), FASCIATED (FAS) и FRUIT WEIGHT 2.2 (FW2.2), за число плодов отвечает локус MULTIFLORA (MULT), и за содержание в помидорах ликопина, которым в том числе обусловлена их пищевая ценность, — локус LYCOPENE BETA CYCLASE (CycB). Ликопин — красный каротиноидный пигмент, которым обусловлена окраска плодов томатов, — обладает антиоксидантным действием, используется как биологическая добавка к пище, а также в качестве красителя.

Чтобы получить из диких помидоров культурные, исследователи при помощи системы CRISPR-Cas9 последовательно в три стадии «сломали» указанные локусы. CRISPR-Cas9 идеально подходит для выключения генов, так как репарация разреза в ДНК, который вносит белок Cas9, чаще всего приводит к внесению небольших делеций или инсерций и сдвигу рамки считывания гена.

В первом раунде исследователям удалось выключить локусы SP и OVATE, в результате чего они получили невысокие растения с овальными плодами. Овальные плоды больше ценятся производителями, чем круглые, так как они прочнее и не растрескиваются, а с невысоких растений проще собирать урожай. Во втором раунде CRISPR-мутагенеза в полученные растения внесли мутацию, выключающие локус MULT, что привело к значительному увеличению количества цветков на побеге. Снижение экспрессии локуса FAS путем внесения мутации в ген CLV3 привело к увеличению размера плодов на 200 процентов.

На третьем этапе инженерии томатов ученые сломали в полученных растениях ген CycB, продукт которого расщепляет ценный ликопин до менее ценного бета-каротина. Мутация привела к удвоению в плодах количества ликопина. Содержание ликопина в полученных плодах превысило концентрацию ликопина в плодах коммерческого сорта помидоров черри Микро-Том на 500 процентов (92 и 510 мкг/кг соответственно). Таким образом, авторы работы в очередной раз продемонстрировали, что направленная инженерия при помощи CRISPR-Cas9, в отличие от селекции, быстро позволяет получать у растений желаемые качества.

Ранее ученые показали, что ликопин

клетки от действия ионизирующего излучения. Кроме того, оказалось, что у людей, которые едят много помидоров,

наступает возрастное ухудшение функций легких. А генные инженеры при помощи CRISPR уже 

помидоры, лишенные семян и способные к вегетативному размножению.