Ученым удалось разработать новаторский подход, который устраняет «узкое место» в исследованиях для создания более устойчивой к различным стрессами царицы полей.
Кукуруза сегодня важнейшая из культур. В той или иной форме она есть в хлопьях в кухонном шкафу, в косметике и лекарствах в ванной, в гранулах в миске для корма вашего питомца и даже иногда в бензобаке автомобиля: производные используются практически во всех аспектах нашей жизни. Спрос на кукурузу растет, даже несмотря на то, что непредсказуемые условия окружающей среды затрудняют для фермеров сохранение текущей урожайности.
На протяжении тысячелетий люди намеренно выводили культуры, чтобы соответствовать постоянно меняющимся потребностям общества. Сегодня, благодаря достижениям в области науки и технологий, мы можем биоинженерно изменять культуры, изменяя их геномы - биологические чертежи растений - для создания засухоустойчивых, высокоурожайных и сверхпитательных версий, чтобы удовлетворить наши современные потребности.
Однако для некоторых видов сельскохозяйственных культур, включая кукурузу, биоинженерия технически сложна и требует ресурсов, порой недоступных во многих научно-исследовательских институтах. В работе, недавно опубликованной в журнале In Vitro Cellular & Developmental Biology—Plant, лаборатории Института Бойса Томпсона (BTI) и Университета штата Айова (ISU) объединились с учеными из компании Corteva Agriscience, чтобы создать более доступный метод биоинженерии кукурузы, который проложит путь к улучшению этой важнейшей культуры.
Традиционные методы биоинженерии для кукурузы используют очень маленькие, незрелые эмбрионы, собранные из кукурузных зерен зрелых растений. Эти эмбрионы проходят процедуру, называемую трансформацией, в ходе которой специально разработанный фрагмент ДНК переносится в геном кукурузы, чтобы наделить растения желаемым признаком. Например, растению кукурузы можно придать ген, который повышает его устойчивость к болезни, которая в противном случае могла бы уничтожить фермерское поле.
Успешность этого метода трансформации во многом зависит от качества эмбрионов, а для высококачественных эмбрионов требуются современные условия выращивания. Но, как сообщила д-р Джойс Ван Эк, профессор BTI и один из ведущих исследователей проекта, «немногие академические исследовательские группы обладают инфраструктурой, необходимой для выращивания высококачественной кукурузы, необходимой для трансформации, поэтому этот метод в значительной степени был ограничен коммерческой промышленностью».
Успех также зависит от типа кукурузы, или генотипа, который трансформируется, поскольку каждый генотип имеет различную генетическую структуру и вариации признаков. «Многие лаборатории используют генотип B73 в качестве стандарта для экспериментов», - объяснил доктор Ритеш Кумар, научный сотрудник в лаборатории Ван Эк и первый автор исследования, «но трансформировать эмбрионы B73 очень сложно». Таким образом, было обременительно использовать этот генотип кукурузы для изучения функции гена.
Все эти факторы способствовали возникновению того, что доктор Ван Эк называет «узким местом» в исследованиях кукурузы: ученые ограничены в своих возможностях из-за ресурсоемких, неидеальных методов трансформации.
Чтобы сделать трансформацию кукурузы более доступной, исследователи адаптировали метод, недавно разработанный учеными Corteva Agriscience, в котором компактный пучок развивающихся листьев, или листовых мутовок, молодых сеянцев используется для трансформации вместо эмбрионов зрелых растений. Используя этот метод, растениям нужно расти всего около двух недель и не нужно достигать зрелости для сбора эмбрионов, что сокращает как затрачиваемое время, так и потребность в передовых условиях выращивания.
Этот метод трансформации листовой мутовки изначально использовал фирменную вспомогательную плазмиду, разработанную в Corteva Agriscience, которая предоставила молекулярные инструменты, необходимые для переноса специально разработанного фрагмента ДНК в геном кукурузы. В текущем исследовании исследователи проверили производительность альтернативной, общедоступной вспомогательной плазмиды, разработанной группой под руководством доктора Кан Ванга, профессора кафедры агрономии в ISU.
В целом, исследование проверило эффективность метода трансформации листовой мутовки с двумя различными плазмидами-помощниками в двух генотипах кукурузы - PHR03 и печально известном неподатливом генотипе B73. С общедоступной плазмидой-помощником исследователи сообщили о схожих высоких показателях успеха в обоих генотипах, продемонстрировав, что этот более доступный метод трансформации эффективен.
Метод трансформации листьев Zea mays L. (кукурузы), использованный для этого исследования. Источник: In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant (2025). DOI: 10.1007/s11627-025-10531-7
«Это первый шаг к тому, чтобы сделать эту технологию более осуществимой для лабораторий без тепличных помещений, как это происходит в промышленности. Это снижает барьеры для лабораторий, которые ранее не могли заниматься трансформацией кукурузы, и, как следствие, продвинет область исследований кукурузы вперед», - заявляет доктор Ван Эк.
Заглядывая вперед, доктор Кумар говорит: «Сейчас мы изучаем, как этот метод будет работать с другими генотипами кукурузы с желаемыми характеристиками, такими как устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам».
Источник: Boyce Thompson Institute. Автор: Алисса Кирли.
На фото - сеянцы кукурузы B73, готовые к трансформации листовой мутовки. Использование сеянцев вместо эмбрионов снижает потребность в современных условиях выращивания, делая биоинженерию кукурузы более доступной для академических лабораторий. Источник: Институт Бойса Томпсона, Лаборатория Ван Эк.