Биотехнология и селекция растений (Aug 2020)
Создание линии табака со сниженными антифидантными свойствами по отношению к колорадскому жуку
Abstract
Актуальность: Модификация растений с целью повышения их устойчивости к вредителям – перспективное направление в современной биотехнологии. Создание искусственных защитных систем на основе РНК-интерференции или индукция метаболических изменений в растениях могут существенно снизить привлекательность для вредителя и как следствие степень повреждения растений. Однако, разработка стратегий подобных модификаций затруднена отсутствием биотехнологических методов, поставленных для каждой культуры, и адекватных моделей для проведения таких исследований. Табак Nicotiana tabacum L., как растение семейства пасленовых, потенциально может быть моделью для исследования возможных стратегий повышения устойчивости к вредителям для таких родственных культур как картофель, томат, сладкий перец и т.д. Препятствием к проведению подобных работ на табаке является высокая токсичность листьев, которая защищает табак от большинства вредителей. Недавно опубликованы исследования, доказывающие, что мутагенез генов семейства BBL в табаке приводит к существенным изменениям в количественном и качественном составе алкалоидов в листьях. В настоящей работе данный подход был применен с целью получения растений табака, пригодных для потребления в пищу колорадским жуком, который является наиболее распространенным и опасным вредителем картофеля.Результаты: С использованием направляющих РНК, нацеленных на шесть генов семейства BBL, и нуклеазы Cas9, были проведены модификации в клетках табака, из этих клеток получены каллусы и далее трансгенные растения-регенеранты поколения Т0. Неожиданным результатом стало появление широкого плейотропного эффекта модификации в виде многочисленных серьезных аномалий развития среди полученных популяций регенерантов. Самые тяжелые аномалии проявлялись в виде быстрой гибели растений, относительно жизнеспособные растения отличались угнетением роста и укоренения, увеличением числа междоузлий, изменением формы листьев, ускоренным цветением, аномалиями развития цветка и стерильностью. Только одна из полученных популяций клонов обладала достаточной жизнеспособностью для выращивания в гидропонном комплексе и существенно не отличалась от исходного сорта по жизнеспособности in vitro. Из этой популяции была выделена линия табака NtaBBL5-14, поддерживаемая in vitro. Данная линия была протестирована на кормовую пригодность для колорадского жука. Показано, что личинки колорадского жука эффективно потребляют листья табака полученной линии, и практически не потребляют листья контрольных растений.Заключение: Методом модификации генома получена линия табака, пригодная для питания личинок колорадского жука. В дальнейшем, эта линия может использоваться как модель для исследования взаимодействия колорадского жука и растений. Результаты работы демонстрируют возможность менять спектр кормовых предпочтений вредителей и открывают перспективы развития данного направления. В частности, перспективным может быть проведение модификаций с меньшим плейотропным эффектом, и возможно, этого можно добиться, производя нокаут других генов, участвующих в регуляции синтеза никотина.
