Хотя целенаправленная манипуляция целыми хромосомами хорошо отработана на модельных организмах, таких как резуходвика Таля (Arabidopsis thaliana), она представляет собой серьезную проблему для сельскохозяйственных культур с большими геномами, таких как пшеница.
Исследовательская группа IPK поставила перед собой задачу определить, являются ли высокоповторяющиеся последовательности ДНК, известные как сателлитная ДНК, подходящими мишенями для системы редактирования генов CRISPR. Идея заключалась в том, что одновременное разрезание многих из этих идентичных последовательностей может повлиять на всю хромосому. Команда ввела компоненты CRISPR в растения, используя вирусную систему. Этот подход позволяет обойти длительные традиционные процессы трансформации и обеспечивает высокоэффективные хромосомные модификации. Результаты исследования опубликованы в журнале Plant Communications
«В нашем исследовании мы впервые смогли продемонстрировать, что хромосомы можно эффективно уменьшить в размере, сделав целенаправленные разрезы в сателлитной ДНК», — говорит доктор Цзяньюн Чен, первый автор исследования. Это значительный прорыв, поскольку ранее подобные изменения происходили только случайно. Можно представить это как веревку. Если перерезать веревку сразу в нескольких местах, она станет неустойчивой и в конце концов порвется. То же самое происходит с хромосомами, когда одновременно делается множество разрезов.
В некоторых случаях этот метод приводил к потере целых хромосом. «Если происходит слишком много разрывов, клетка больше не может эффективно восстанавливать хромосому — она полностью теряется», — объясняет профессор Андреас Хоубен, руководитель исследовательской группы «Структура и функция хромосом» в IPK.
Нарушения в процессах репарации также могут приводить к образованию новых форм хромосом, называемых изохромосомами. «Эти изменения могут создавать новые генетические варианты, открывая пути для выведения устойчивых сортов пшеницы и других культур», — объясняет профессор доктор Хоубен. Этот инновационный потенциал должен вселять оптимизм в отношении будущих улучшений сельскохозяйственных культур.
Исследование показывает, что геномы растений можно модифицировать с беспрецедентной точностью. Примечательно, что сателлитная ДНК, когда-то считавшаяся «генетическим балластом», теперь является эффективной мишенью для современных инструментов селекции. «Этот подход позволяет эффективно манипулировать хромосомами, открывая путь для переноса ценных признаков от диких сородичей к культурной пшенице», — говорят ученые из IPK, вселяя уверенность в будущее развитие сельскохозяйственных культур.
Источник: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research.
На графике: усечение и элиминация хромосом с помощью CRISPR–Cas9. Источник: Plant Communications (2026). DOI: 10.1016/j.xplc.2026.101833
