Исследование, проведенное доктором Одедом Скалитером и профессором Александром Вайнштейном из Института растениеводства и генетики в сельском хозяйстве Еврейского университета в Иерусалиме, было посвящено конкретному ферменту, называемому HMGR. Статья опубликована в International Journal of Molecular Sciences.
Этот фермент действует как биологический регулятор производства терпеноидов — самой многочисленной группы природных соединений в растениях. Терпеноиды отвечают за всё: от защиты растений и сладкого аромата розы до ярких цветов фруктов до лечебных свойств противомалярийных препаратов.
В природе растения обладают встроенной системой, предотвращающей избыточное производство определенных метаболитов. Фермент HMGR имеет специфический регуляторный домен, который действует как метаболический тормоз. Когда растение обнаруживает достаточное количество терпеноидов, этот домен отключает HMGR, чтобы прекратить производство терпеноидов и сэкономить энергию.
Используя вирусную систему CRISPR/Cas9, исследователи нацелились на этот регуляторный регион у петуний и салата. Путем тонкого редактирования генетического кода, а не полного отключения гена, им удалось отключить «тормоз», не нанеся вреда здоровью растения.
«Эти результаты позволяют разработать стратегию, не требующую использования трансгенов, для повышения производства природных соединений, таких как летучие вещества и пигменты.Наша работа предоставляет основу для разработки устойчивых, обогащенных питательными веществами сельскохозяйственных культур, которые могут удовлетворить как сельскохозяйственные, так и потребительские потребности», — сказал профессор Александр Вайнштейн.
Результаты оказались поразительными. Отредактированные петунии не только пахли сильнее, но и росли более энергично, а их цветы были крупнее.
Одним из самых неожиданных результатов стало то, что изменение терпеноидного пути также привело к увеличению количества совершенно другой группы метаболитов, называемых фенилпропаноидами. Эти соединения отвечают за пряные и цветочные ноты во многих ароматах, например, за запах миндаля или гвоздики.
«Мы обнаружили, что индуцированные мутации ослабляют отрицательную обратную связь в регуляции фермента», — объяснил доктор Одед Скалитер. «Это выявляет сложный уровень взаимодействия между метаболическими путями, показывая, как мы можем использовать точную селекцию для улучшения сенсорных качеств растений».
Проанализировав внутренний химический состав растения, команда обнаружила, что генетическая модификация вызвала «углеродный сдвиг». Поскольку терпеноидный путь стал работать более эффективно, растение начало производить больше исходного углерода, который затем поступал в другие пути, связанные с ароматом и здоровьем.
Исследователи применили ту же логику к салату-латуку, культуре, известной своей хрустящей текстурой, но часто критикуемой за низкую питательную ценность. В отредактированном салате-латуке было обнаружено повышенное содержание сесквитерпенов и апокаротеноидов, которые способствуют улучшению вкуса и антиоксидантной активности.
Эта стратегия, исключающая использование трансгенов, особенно важна для будущего сельского хозяйства. Поскольку конечные растения не содержат чужеродной ДНК, они предлагают точную альтернативу метаболической инженерии, которая может получить большее признание потребителей, чем традиционные ГМО.
Источник: Hebrew University of Jerusalem.
На заглавном фото: генетически отредактированная петуния. Автор фото: Одед Скалитер.
