Технології модифікацій геному рослин та деякі аспекти їх практичного використання

  • Л. О. Михальський Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0001-8835-0862
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v32.1555
Ключові слова: генетична трансформація, пшениця, ячмінь, правове регулювання

Анотація

Мета. Проаналізувати сучасні методи модифікації геному рослин на прикладі зернових і оцінити перспективи їх використання та практичне значення. Методи. Проведено огляд доступних наукових джерел та електронних ресурсів, які містять дані про наявні та перспективні методи генетичної модифікації зернових. Результати. Нові технології генетичних рекомбінацій, що були розроблені в останні десятиліття, дозволяють змінювати геном рослин у певних визначених дослідником сайтах. Це відкрило безпрецедентні можливості як у фундаментальному плані, так і в цілому ряді прикладних аспектів для вияснення функцій конкретних генів і спрямованого підвищення продуктивності рослин та їх деяких властивостей. Висновки. Суттєвий науковий інтерес та практичне значення мають деякі сучасні нові технології модифікацій геному рослин. Використання цих технологій надзвичайно важливе у багатьох практичних напрямках, особливо для пшениці та ячменю, як найбільш агрономічно важливих зернових культур у світі. Модифікації геному сільськогосподарських культур потребують суттєвої уваги в аспектах їх безпечності та законодавчого регулювання практичного використання. Інформація про сучасні методи модифікації геному рослин та напрямки їх використання має бути обов’язковим елементом в учбових курсах із сучасної біотехнології в профільних навчальних закладах.

Посилання

Ronald P. Plant genetics, sustainable agriculture and global food security. Genetics. 2011. Vol. 188. Р. 11–20. doi: 10.1534/genetics.111.128553.

Sovová T., Kerins G., Demnerová K., Ovesná J. Genome Editing with Engineered Nucleases in Economically Important Animals and Plants: State of the Art in the Research Pipeline. Curr. Issues Mol. Biol. 2017. Vol. 21 (1) Р. 41–62. doi: 10.21775/cimb.021.041.

Parry M. A. J., Madgwick P. J., Bayon C., Tearall K., Hernandez-Lopez A., Baudo M., Rakszegi M., Hamada W., Al-Yassin A., Ouabbou H. Mutation discovery for crop improvement. J. Exp. Bot. 2009. Vol. 60. Р. 2817–2825. doi: 10.1093/jxb/erp189.

McCallum C. M., Comai L., Greene E. A., Henikoff S. Targeting Induced LocalLesions IN Genomes (TILLING) for Plant Func-tional Genomics. Plant Physiol. 2000. Vol. 123. Р. 439–442. doi: 10.1104/pp.123.2.439.

Kumlehn J., Hensel G. Genetic transformation technology in the Triticeae. Breed. Sci. 2009. Vol. 59. Р. 553–560.

Jinek M., Chylinski K., Fonfara I., Hauer M., Doudna J. A., Charpentier E. A programmable dual-RNA-guided DNA endonu-clease in adaptive bacterial immunity. Science. 2012. Vol. 337. Р. 816–821. doi: 10.1126/science.1225829.

Ramírez-González R. H., Borrill P., Lang D., Harrington S. A., Brinton J., Venturini L., Davey M., Jacobs J., van Ex F., Pasha A., Uauy C. The transcriptional landscape of polyploid wheat. Science. 2018. Vol. 361 (6403). doi: 10.1126/science.aar6089.

Zhang L., Zhao G., Jia J., Liu Xu., Kong X. Molecular characterization of 60 isolated wheat MYB genes and analysis of heir expression during abiotic stress. Journal of Experimental Botany. 2012. Vol. 63 (1). Р. 203–214. doi: 10.1093/jxb/err264.

Rushton D. L., Tripathi P., Rabara R. C. Lin J., Ringler P., Boken A. K., Langum T. J., Smidt L., Boomsma D. D., Emme N. J., Chen X., Finer J. J., Shen Q. J. WRKY transcription factors: key components in abscisic acid signaling. Plant Biotechnol. J. 2012. Vol. 10 (1). Р. 2–11. doi: 10.1111/j.1467-7652.2011.00634.x.

Ishida Y., Tsunashima M., Hie, Y., Komari T. Wheat (Triticum aestivum L.) transformation using immature embryos. Methods Mol. Biol. 2015. Vol. 1223. Р. 189–198. doi: 10.1007/978-1-4939-1695-5_15.

Daghma D. E. S., Hensel G., Rutten T., Melzer M., Kumlehn J. Cellular dynamics during early barley pollen embryogenesis revealed by time-lapse imaging. Front. Plant Sci. 2014. Vol. 5. Р. 675. doi: 10.3389/fpls.2014.00675.

Otto I., Muller A., Kumlehn J. Barley (Hordeum vulgare L.) transformation using embryogenic pollen cultures. Methods Mol. Biol. 2015. Vol. 1223. Р. 85–99. doi: 10.1007/978-1-4939-1695-5_7.

Wang Y., Cheng X., Shan Q., Zhang Y., Liu J., Gao C., Qiu J.-L. Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. Nat. Biotechnol. 2014. Vol. 32. Р. 947–951. doi: 10.1038/nbt.2969.

Gerasimova S. V., Korotkova A. M., Hertig C., Hiekel S., Hoffie R., Budhagatapalli N., Otto I., Hensel G., Shumny V. K., Kochetov A. V. et al. Targeted genome modifcation in protoplasts of a highly regenerable Siberian barley cultivar using RNA-guided Cas9 endonuclease. Vavilovskii Zhurnal Genet. i Selektsii. 2019. Vol. 22. Р. 1033–1039.

Bae S., Kweon J., Kim H. S., Kim J.-S. Microhomology-based choice of Cas9 nuclease target sites. Nat. Methods. 2014. Vol. 11. Р. 705–706. doi: 10.1038/nmeth.3015.

Hensel G., Himmelbach A., Chen W., Douchkov D. K., Kumlehn J. Transgene expression systems in the Triticeae cereals. J. Plant Physiol. 2011. Vol. 168. Р. 30–44. doi: 10.1016/j.jplph.2010.07.007.

Xie K., Yang Y. RNA-guided genome editing in plants using a CRISPR-Cas system. Mol. Plant. 2013. Vol. 6. Р. 1975–1983. doi: 10.1093/mp/sst119.

Sun Y., Jiao G., Liu Z., Zhang X., Li J., Guo X., Du W., Du J., Francis F., Zhao Y., Xia L. Generation of High-Amylose Rice through CRISPR / Cas9-Mediated Targeted Mutagenesis of Starch Branching Enzymes. Front. Plant. Sci. 2017. Vol. 8. Р. 298. doi: 10.3389/fpls.2017.00298.

Zhang Y., Bai Y., Wu G., Zou S., Chen Y., Gao C., Tang D. Simultaneous modification of three homoeologs of TaEDR1 by genome editing enhances powdery mildew resistance in wheat. Plant J. 2017. Vol. 91. Р. 714–724. doi: 10.1111/tpj.13599.

E.A.S.A. Council Genome Editing: Scientific Opportunities, Public Interests and Policy Options in the European Union; EASAC Secretariat Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina German National Academy of Sciences: Halle, Germany, 2017. P. 34.