До сих пор выведение новых растений требовало трудоемкой настройки геномов для каждого отдельного вида растений - дорогостоящего и трудоемкого процесса, который существенно ограничивает применение генетических улучшений. Проект SyncSol стремится изменить это: новая международная исследовательская программа в Институте молекулярной физиологии растений Макса Планка в Потсдаме направлена на разработку универсального хлоропластного генома, который можно было бы гибко переносить на различные виды растений. Это сделало бы селекцию растений гораздо более эффективной и универсальной.
Хлоропласт, ключевой органелл растений, служит не только местом фотосинтеза, но и центром для множества других метаболических путей. Характерно, что хлоропласт содержит свой собственный геном, который отличается от ядерного генома, и в нем обычно отсутствует рекомбинация, следуя однородительскому способу наследования. Геном хлоропласта богат большим количеством разнообразных генных локусов и некодирующих областей, изобилует существенными данными о последовательностях ДНК, и его хвалят как мощный инструмент для филогенетического анализа для селекции культур.
Исследовательский проект SyncSol, направленный на оптимизацию геномов растений, получает 9,1 млн фунтов стерлингов (примерно 11 млн евро) в виде финансирования от британского агентства по финансированию перспективных исследований и изобретений Advanced Research and Invention Agency (ARIA). Совместный исследовательский проект Института молекулярной физиологии растений Макса Планка (MPI-MP) должен привести к созданию растений, которые поглощают дополнительный CO₂ из атмосферы или производят лекарственные соединения, в целом обладают различными желаемыми признаками, включая урожайность и устойчивость.
Проект возглавляет синтетический биолог доктор Даниэль Данкельманн, работающий в Департаменте биологии органелл, биотехнологии и молекулярной экофизиологии в MPI-MP. Благодаря поддержке ARIA исследовательская группа может работать над новым поколением сельскохозяйственных культур в тесном сотрудничестве с британскими и американскими партнерами и инновационными стартапами Constructive Bio и Camena Bioscience.
«Наш подход открывает совершенно новые возможности. Если мы сможем оптимизировать урожай быстро и целенаправленно, то появятся многочисленные применения: в будущем растения смогут производить фармацевтические препараты, биотопливо или устойчивые материалы помимо продуктов питания. Наши урожаи можно будет адаптировать к вызовам климатического кризиса - и с той скоростью, которая нам нужна», - объясняет доктор Данкельманн.
Профессор, доктор Ральф Бок, директор MPI-MP и руководитель отдела, подчеркивает масштаб проекта: «Возможности, которые может предложить нам этот амбициозный исследовательский проект, огромны».
Конкретная цель исследователей на сегодня - разработать универсальный хлоропластный геном, который будет жизнеспособным во всех растениях семейства пасленовых, включая томаты, картофель и табак. До сих пор такие генетические компоненты могли быть созданы только для отдельных видов растений, что делает выведение новых, улучшенных растений чрезвычайно ресурсоемким и затратным по времени.
Кроме того, разработанный геном должен быть расширен, чтобы включить сложный признак, который имеет социально-экономическую ценность в различных культурах. Таким образом, исследование заложит основу для более устойчивого, эффективного разведения растений – с далеко идущими положительными эффектами для сельского хозяйства, окружающей среды и общества.
«Мы расширяем границы возможного здесь. Но в случае успеха этот проект может оказать значительное положительное влияние на мир - и в то же время принести большую экономическую выгоду. Финансирование ARIA дает нам шанс потенциально достичь прорыва», - говорит доктор Данкельманн.
Программа ARIA Synthetic Plants, возглавляемая Энджи Бернетт, направлена на разработку более устойчивых, продуктивных и экологически чистых культур. На первом этапе проекта стоимостью 62,4 млн фунтов стерлингов стартапы и исследовательские группы из разных дисциплин работают над разработкой синтетических хромосом и хлоропластов. Они снабдят растения новыми свойствами, такими как экономия воды или обеспечение урожайности в сложных условиях. Кроме того, команды изучают социальные и этические аспекты технологии.
Источник: Max Planck Institute for Chemical Ecology.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.