Frontiers in Plant Science: Ученые создали растения, неспособные размножаться

Исследователи Университета штата Северная Каролина успешно перенесли важный ген из одного отсека растительной клетки в другой для получения растений табака, у которых отсутствует пыльца и жизнеспособные семена при нормальном развитии.

Полученные ими результаты могут привести к созданию более совершенных способов производства гибридных семян для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур или к внедрению бессемянности в плодовые виды, не обладающие этим часто желаемым признаком, такие как малина, ежевика или мускатный виноград.

Исследователи начали работу с энергопродуцирующей части клетки — митохондрии. У растений аберрации в митохондриальном геноме могут быть связаны с неспособностью образовывать пыльцу — признак, известный как цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС), который успешно используется для получения высокоурожайных гибридных семян многих важных сельскохозяйственных культур. Однако естественные системы на основе ЦМС, достаточно надежные для производства гибридных семян в коммерческих масштабах, ограничены.

В своем исследовании NC State совместно с коллегами из Precision BioSciences и Elo Life Systems применили уникальную стратегию для проверки возможности создания признака ЦМС у табака, широко используемого в качестве модельного вида в исследованиях растений. Сначала исследователи взяли важный митохондриальный ген atp1 и перенесли его в ядро, поместив под регуляторный контроль элемента, известного как промотор, который, по их прогнозам, позволит перенесенному гену atp1 экспрессироваться во всех клетках растения, кроме тех, которые отвечают за производство пыльцы. Затем исследователи использовали инструменты редактирования генома, чтобы навсегда удалить родной ген atp1 из митохондрий.

Подход оказался успешным.

Результаты превзошли все наши ожидания, — сказал Ральф Дьюи, профессор кафедры растениеводства имени Филипа Морриса в NC State и соответствующий автор статьи, описывающей это исследование.

Растения выглядели совершенно нормально вплоть до начала цветения, но затем не смогли произвести пыльцу, поскольку перенесенный ген atp1 больше не экспрессировался. Важно отметить, что поскольку исходный ген atp1 был удален из митохондриального генома, этот признак будет наследоваться по материнской линии, что очень важно для крупномасштабного производства гибридных семян.

Пыльца оказалась не единственной жертвой этого метода. При перекрестном оплодотворении пыльцой соседнего нормального растения табачные растения неожиданно дали маленькие полые семена, похожие на те, что встречаются в популярных «бессемянных» фруктах, таких как арбузы и виноград.

Это объясняется тем, что выбранный нами промотор не только не экспрессировался во время образования пыльцы, но и во время раннего развития семян, — сказал Дьюи.

По словам Дьюи, в настоящее время его команда работает над тем, чтобы развязать эти результаты, чтобы исследователи могли добиваться либо бесплодия пыльцы, либо бессемянности, а не того и другого одновременно.

Дьюи также подчеркнул, что полученные результаты не должны ограничиваться растениями табака. Следующее поколение экспериментов будет включать проверку признака бессемянности на томате, близком родственнике табака. Кроме того, они собираются испытать свой новый признак CMS на зерновых культурах, таких как рис, чтобы проверить эффективность своей системы на культурах, где производство гибридных семян важно для достижения максимальных урожаев.

Зная, как работает эта система, нет никаких оснований полагать, что мы не сможем эффективно перенести эту технологию на другие виды растений, — сказал он.

Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Plant Science.

15.09.2023


Подписаться в Telegram



Биосфера

EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Группа ученых из Университета Нагоя, Япон...

Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться
Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться

В результате климатического кризиса глобальное...

Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне

Наше тело состоит из триллионов различных...

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному

Исследователь из Мельбурнского университе...

New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад

По мнению исследовательской группы под ру...

Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах

Тропические бабочки Heliconius хорошо известны...

Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды

В новом исследовании неврологи показали, как&n...

Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки

Бурые медведи, добывающие пищу на полуост...

Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак

Крошечный корень растения толщиной не бол...

Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый

Козы могут отличить счастливого человека от&nb...

Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса

Всем живым существам необходим сон. Когда люди...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

Новости компаний, релизы

Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Астрономы СПбГУ узнали возраст одного из самых мощных метеорных потоков