Исследование команды ученых из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы, опубликованное в журнале Nature Biotechnology, решает давнюю проблему в генной инженерии: до этого вставка объемных многокомпонентных генов и сложных генетических конструкций была крайне затруднительной. Новый подход позволяет добавлять полноразмерные функциональные гены более аккуратно. Гены размещаются в строго определенных, запрограммированных местах генома. В отличие от многих других подходов, новый метод не требует искусственного повреждения и разрыва исходной ДНК растения перед вставкой каскадов из нескольких генов, необходимых для совместной работы.
Для сельского хозяйства эта технология означает переход от простого исправления генов к масштабному конструированию сложных признаков растений. Предыдущие методы (вроде стандартного CRISPR) хорошо работали для «выключения» отдельных генов, но не подходили, если культуре требовалось привить принципиально новое сложное свойство.
Например, такие сложные свойства, как эффективная переносимость экстремальной засухи, жары или засоления почв, практически невозможно активировать изменением одного гена. Они требуют слаженной работы целого комплекса (каскада) генов. Технология KAUST позволяет внедрять такие крупные многокомпонентные «инструкции» за один раз. Это поможет быстро создавать сорта риса, пшеницы и кукурузы, способные давать стабильный урожай в условиях глобального изменения климата.
Ученые смогут оснащать культурные растения полноценными механизмами защиты от вредителей и болезней, заимствованными у диких сородичей. Также станет возможным масштабное улучшение метаболизма растений, например, для более эффективного усвоения азота из почвы. Это позволит фермерам тратить значительно меньше денег на дорогую и порой вредную для экологии агрохимию.
Разработка относится к скоростной селекции. Традиционное скрещивание для выведения устойчивого сорта занимает от 7 до 12 лет, при этом полезные свойства часто передаются вместе с негативными. Метод KAUST позволяет встроить сразу весь целевой блок генов в строго заданное место генома с первой попытки, полностью исключая случайные мутации и побочные дефекты развития.
Появляется возможность за один шаг перестраивать синтез питательных веществ в плодах. Например, можно создавать сорта зерновых с повышенным содержанием сразу нескольких дефицитных витаминов, белка и микроэлементов (железа, цинка), что критически важно для продовольственной безопасности развивающихся стран.
Сельское хозяйство выйдет за рамки производства только еды и кормов. Аграрии смогут выращивать технические культуры (например, табак или подсолнечник), которые благодаря внедренным крупным генам будут синтезировать сырье для лекарств, вакцин и сложных биопластиков в промышленных масштабах. Поскольку первые успешные тесты метода были проведены на рисе — главном продукте питания для половины населения планеты — технология имеет прямой потенциал защитить мировой продовольственный рынок от дефицита.
В данном исследовании KAUST для демонстрации технологии в рис и табак встраивались крупные репортерные гены и селективные маркеры, подтверждающие точное встраивание целых фрагментов ДНК без побочных мутаций. Хотя функциональные каскады, такие как C4-фотосинтез или устойчивость к засухе, не внедрялись, доказанная эффективность метода открывает возможность для переноса таких многокомпонентных систем в будущем.
Источник: King Abdullah University of Science and Technology.
На графике вы видите модульную двухкомпонентную стратегию доставки для генной инженерии растений. Источник: Nature Biotechnology (2026). DOI: 10.1038/s41587-026-03181-6
