Неожиданные фрагменты ДНК в рисе раскрыли тайну его выживаемости

Ученые Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН совершили прорыв в области селекции сельскохозяйственных культур, разработав инновационный метод анализа так называемых "прыгающих генов" мобильных генетических элементов, способных перемещаться по геному.

Этот метод, подробно описанный в журнале Rice Science, обещает революционизировать процесс создания более урожайных и устойчивых к заболеваниям сортов растений, в первую очередь, риса основной пищевой культуры для более чем миллиарда человек во всем мире.

Критическая важность повышения урожайности и устойчивости риса к различным неблагоприятным факторам, таким как засуха, вредители и болезни, не нуждается в дополнительных пояснениях. Дефицит продовольствия является одной из самых острых глобальных проблем современности, и достижения российских генетиков вносят значительный вклад в её решение.

Суть разработанного метода заключается в высокоточном анализе повторяющихся фрагментов ДНК. Эти фрагменты, часто называемые транспозонами или "прыгающими генами", могут располагаться как последовательно друг за другом, так и быть разбросаны по всему геному растения.

Их влияние на работу других генов огромно. Они могут как активировать, так и подавлять экспрессию генов, отвечающих за различные признаки растения, включая урожайность, устойчивость к болезням, адаптацию к стрессовым условиям окружающей среды (засуха, низкие температуры, засоление почвы).

Более того, эти "прыгающие гены" могут переносить гены из одного места генома в другое, или даже интегрировать гены извне, например, из геномов других организмов. Это открывает широкие возможности для генетической модификации растений и создания новых, улучшенных сортов.

Предыдущие методы анализа повторяющихся фрагментов ДНК обладали существенными ограничениями. Они часто не могли обнаружить сильно мутировавшие или модифицированные транспозоны. Разработанный же российскими генетиками алгоритм способен выявлять даже сильно измененные повторы, что значительно повышает точность анализа и полноту информации о геноме.

Тестирование нового алгоритма на геноме риса продемонстрировало его впечатляющую эффективность. Он выявил на 56% больше повторяющихся элементов, чем стандартные программные средства. Это означает, что ученые получили доступ к гораздо более полной картине генетической структуры риса, что открывает новые возможности для целенаправленного изменения его генома.

Дальнейшие планы исследовательской группы включают создание открытой базы данных о повторяющихся элементах в геномах различных сельскохозяйственных культур. Эта база данных станет бесценным ресурсом для ученых всего мира, значительно ускоряя процесс селекции и разработки новых сортов растений с улучшенными характеристиками.

Доступность подобной информации является важнейшим условием для ускорения технологического прогресса в области сельского хозяйства. Стоит отметить, что разработка и внедрение подобных генетических технологий активно поддерживается государством в рамках Федеральной научно-технической программы, рассчитанной до 2030 года.

Эта программа направлена на создание передовых центров геномных исследований и поддержку проектов, связанных с биобезопасностью, что подчеркивает стратегическую важность данной области для будущего России и всего мира.

В целом, достижения ученых ФИЦ Биотехнологии РАН представляют собой значительный шаг вперед в обеспечении глобальной продовольственной безопасности, открывая новые горизонты в области селекции и генетической модификации растений.