“Die metode van genoomredigering moet nie gekant wees teen tradisionele seleksiemetodes nie. "Dit is eerder 'n nuwe hulpmiddel," beklemtoon die hoof van die laboratorium vir plantstresweerstand All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (VNIISB) Vasily Taranov. – Eens op ’n tyd het chirurge operasies met ’n mes gedoen, toe verskyn hulle skalpels, dan lasers. Heeltemal verskillende opsies het vir chirurgie beskikbaar geword. Genetiese ingenieurswese bied dus ’n hulpmiddel waarmee jy iets kan neem en verbeter, maar dit kanselleer of vervang nie alles wat voorheen gebruik is nie.”
Die All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology (VNIISB) bedryf 'n laboratorium vir plantstresweerstand, waarvan die werk in twee hoofrigtings uitgevoer word: die soeke na gene wat plantweerstand teen abiotiese en biotiese stres bepaal, en die redigeer van die genoom van gekweekte plante om hul stresweerstand te verhoog. Die wetenskaplikes se navorsingsarea sluit aartappels en oopgrondgroente in.
Ons praat met die hoof van die laboratorium Vasily Taranov en senior navorser Marina Lebedeva oor wat die kenmerke en voordele van die nuutste tegnologie is, watter resultate hulle kan behaal en watter probleme van Russiese landbouprodusente hulle deur laboratoriumwetenskaplikes gebruik word om op te los.
– Daar word vandag baie gepraat oor die noodsaaklikheid om die keuringsproses te bespoedig. Daar word geglo dat die metode van genoomredigering dit moontlik maak om dit te doen. Dit is waar?
V.T.: Dit sal meer korrek wees om te sê dat biotegnologiese metodes nie soseer help om seleksie te bespoedig nie as om die vermoëns van wetenskaplikes uit te brei. Die proses om aan 'n variëteit te werk, bly nog redelik lank, aangesien ons praat van plante wat 'n sekere lewensiklus het.
Maar dit word vir spesialiste moontlik om resultate te verkry wat uiters moeilik (indien nie onmoontlik nie) sal wees om te bereik met behulp van tradisionele teelmetodes.
Met behulp van genomiese redigering kan ons doelgerig 'n mutasie instel wat 'n spesifieke eienskap van 'n variëteit direk affekteer, terwyl die res van die kompleks van ekonomies waardevolle eienskappe onveranderd gehou word.
M.L.: Stel jou voor dat ons 'n weerstandsgeen van 'n wilde aartappel in ons gekweekte variëteit wil inbring deur gebruik te maak van tradisionele teelmetodes. Om dit te doen, voer die teler 'n reeks kruisings van die "wilde" met sekere kulturele lyne uit. Die probleem is dat saam met die weerstandsgeen alle ander "wilde" gene na die variëteit oorgedra word, wat meestal uiters ongewens is. Genetiese ingenieurswese laat jou toe om net een verlangde geen te neem/verander.
– Daar is ’n standpunt dat ten spyte van die feit dat die metode van genoomredigering reeds sowat 10 jaar bekend is, dit nog nie merkbare kommersiële resultate opgelewer het nie.
V.T.: Dit is nie heeltemal waar nie. Die wêreld se voorste teelmaatskappye gebruik genoomredigering en steek dit nie weg nie. Maar ons weet nie presies wat hulle doen en watter resultate hulle kry nie.
Prestasies word nie geadverteer nie omdat dit duurder is om 'n plant wat met genetiese ingenieursmetodes verwerk is na die mark te bring as een wat tradisioneel verkry is. En soms is dit eenvoudig onmoontlik om te doen.
Terselfdertyd is dit baie moeilik om te bewys dat genoomredigering gebruik is om 'n bepaalde variëteit te skep deur bestaande metodes te gebruik.
Tydens die toets sal spesialiste na 'n merkervolgorde in die genoom van die organisme soek; indien dit teenwoordig is, sal die plant as geneties gemodifiseerde herken word. Maar met genomiese redigering word niks in die genoom ingebring nie, dus kan niks gevind word nie.
Veranderinge raak dikwels nie net een geen nie, maar 'n spesifieke plek in die geen, letterlik een nukleotied, een letter. En die oorblywende biljoene briewe bly soos hulle was. Om te bepaal dat 'n plant geredigeer is, moet jy eintlik sy hele genoom lees, met 'n dekking tien keer hoër as die standaard om foute uit te skakel. Niemand sal so 'n lywige en baie duur ontleding doen nie, en die teler kan altyd sê dat hy die plant deur mutagenese of tradisionele seleksie verkry het.
– M.L.: Genoomredigering in die algemeen, en veral die ervaring van die gebruik van hierdie tegnologie op plante, is 'n redelik onlangse storie.
Nie die minste nie, want om 'n kenmerk te verander, moet jy weet wat presies en hoe om dit te wysig. Planteienskappe word bepaal deur gene, meestal 'n stel gene, waaruit geskikte teikens vir redigering gekies moet word. Maar om die funksies en regulering van spesifieke gene wat bydra tot eienskappe van belang toe te lig, verg komplekse en dikwels langdurige studies. Wanneer dit met diere en mense vergelyk word, kan ons sê dat ons nie baie van die molekulêre meganismes van planteienskappe (byvoorbeeld weerstand, produktiwiteit, ens.) baie goed ken nie. Terselfdertyd is plantgenome groter en meer kompleks, wat die taak glad nie vereenvoudig nie. Baie is egter reeds bekend deur basiese navorsing in plantbiologie, en hoe meer ons dit verstaan, hoe meer neem ons moontlikhede vir modifikasie toe.
Daarbenewens praat ons van 'n metode wat dit moontlik maak om sekere eienskappe reg te stel, maar nie om nuwe variëteite aan die mark bekend te stel nie, waaraan werk, ondanks 'n mate van versnelling, steeds jare neem.
– Doen biotegnoloë geen redigering? Hoe bepaal hulle die werklike rigting van die werk (die doel vir redigering)?
V.T.: Die biotegnoloog moet saamwerk met 'n suksesvolle teler van die gekose gewas en, ideaal gesproke, ander spesialisprodusente betrek. Die teler stel saam met die boere die taak op, die teler help om geskikte genotipes te kies. Ons raadpleeg op ons beurt met biochemici en genetici, ons dink wat ons op hierdie basis kan bied (die nodige eienskappe word nie altyd voldoende bestudeer vanuit 'n biologiese oogpunt nie). Ons kyk na wat ons werklik kan doen, voer ons stadium van werk uit, gee die resulterende lyn aan die teler terug, en die teler bring die resultaat na die variëteit.
- Is genoomredigering 'n duur tegnologie?
V.T.: Die koste van die verkryging van 'n plant hang af van die gewas en of die gevolglike plant geredigeer of transgenies is.
As ons praat oor toerusting, dan vir 'n maatskappy wat reeds besig is met die verkryging van virusvrye materiaal en mikrokloning, sal die aankoop van toerusting en reagense vir genoomredigering 'n relatief klein bedrag kos. Die struikelblok om sulke werk te begin is dalk nie die oorweldigende hoeveelheid belegging nie, maar die gebrek aan gekwalifiseerde personeel. Daar is baie min mense wat so 'n gespesialiseerde taak kan aanneem en verrig.
En om terug te kom na koste: tegnologiese vooruitgang op hierdie gebied is baie vinnig. Die metodes van genoomredigering, sê, in 2012, toe CRISPR/Cas9 ontdek is ('n tegnologie vir die redigering van die genome van hoër organismes, gebaseer op die immuunstelsel van bakterieë), en wat ons nou het, verskil baie. Bedryfsdoeltreffendheid neem jaar na jaar toe, en koste daal.
M.L.: Dit kan vergelyk word met die menslike genoomvolgordebepalingsprojek. Die eerste menslike genoom is vir 10 jaar deur 'n internasionale konsortium vir 2.7 miljard dollar gevolgorde bloot omdat sulke tegnologieë in die 90's beskikbaar was. Tans kos die volgordebepaling van 'n volledige menslike genoom minder as $1000 XNUMX en neem dit 'n paar dae.
– Kom ons gaan voort om oor jou laboratorium te praat, is dit gefokus op fundamentele wetenskap of toegepaste navorsing?
V.T.: Ons probeer albei doen. Aanvanklik is prioriteit gegee aan fundamentele dinge, maar nou probeer ons ons ontwikkelings in die praktyk toepas.
Op die oomblik bestudeer ons byvoorbeeld die meganismes van aartappelweerstand teen virus Y. Dit is baie fundamentele werk, maar as dit suksesvol is, sal die resultaat baie interessant wees vir die keuse van weerstandbiedende variëteite.
M.L.: Fundamentele en toegepaste wetenskap is nou met mekaar verbind; die een kan nie sonder die ander bestaan nie. As ons nie weet hoe die virus met die plant in wisselwerking tree nie, met watter spesifieke proteïene, sal ons dit nie kan verander om die plant bestand te maak nie.
Ons doen sedert 2018 navorsing oor virus Y en nader nou die feit dat ons in die volgende paar jaar 'n formule vir weerstand sal kry, en in die toekoms die nodige praktiese resultaat: die aartappelplant sal nie virale proteïene sintetiseer nie, dit sal bestand wees teen die virus.
– Werk jy saam met Russiese teelmaatskappye/telers?
V.T.: Oor aartappels werk ons saam met 'n jong teler Maria Polyakova, kommunikeer aktief met kundiges van die Aartappelunie, en behou kontak met die Aartappel Federale Navorsingsentrum na vernoem. A.G. Lorja. Wat kool betref, het ons interaksie met telers en saadkwekers van die Russiese Staat Agrarian University-Moskou Landbou Akademie na vernoem. K.A. Timiryazev deur Grigory en Sokrates Monachos. En in wat ons op hierdie gebied doen, word ons heeltemal deur hulle gelei.
– En weer oor virusse. Marina Valerievna, jou reeks wetenskaplike belangstellings sluit nie net die virus in nie Y. In 2023 het jy 'n toekenning van die Russiese Wetenskapstigting ontvang om navorsing te doen oor die projek "Bestudering van virome van gekweekte aartappels (Solanum tuberosum L.) met behulp van hoë-deurset-volgordebepalingsmetodes." Hoekom is hierdie onderwerp interessant?
M.L.: Aartappels ly in 'n groter mate as baie ander plante aan virussiektes, aangesien hulle vegetatief gepropageer word. Virusse versamel in knolle en word oorgedra na volgende generasies, dus groei die viruslading voortdurend. As hulle sê dat aartappels ontaard, is dit presies waarvan ons praat.
Virusse is nie inerte stelsels nie; hulle werk aktief met beide die gasheerplant en mekaar. Daar is gevalle waar 'n plant wat reeds met een spesifieke virus siek is nie met 'n ander besmet kan word nie. En daar is virusse wat nie 'n plant alleen kan besmet nie; hulle tree slegs in samewerking met ander virusse op. Net onlangs is 'n werk gepubliseer wat vorme van virusse beskryf wat plante help om droogte te oorleef. So 'n onverwagse oorgang van parasitisme na mutualisme.
Daar is geen effektiewe chemikalieë om virussiektes op aartappels te bekamp nie. Om sy gesondheid te verbeter, is redelik komplekse en, bowenal, duur metodes ontwikkel: deur in vitro-kultuur, verkryging van mikroknolle. Maar die resultaat hou net vir 'n paar generasies. Om ander oplossings te vind, moet jy die eienskappe van virusse in meer besonderhede bestudeer, so die studie is baie, baie relevant.
– GOST 33996-2016 “Moeraartappels. Tegniese toestande en metodes vir die bepaling van kwaliteit" lys vyf virusse (PVK - X aartappelvirus; SBK - S aartappelvirus; MVK - M aartappelvirus; YBK - Y aartappelvirus; VSLK - blaarkrulvirus aartappel) en een viroid (PSTV – potato spindle tuber viroid). Sal jy op hulle fokus?
M.L.: My projek het ten doel om hoë-deurvloeimetodes te gebruik om daardie virome (versamelings van virusse) wat op aartappels in Rusland voorkom, te bestudeer. Dit is interessant, beide uit die oogpunt van watter komplekse van verskillende virusse op een plant voorkom, en uit die oogpunt van die voorkoms van hierdie virusse.
In totaal is meer as 50 virusse wat op aartappels gevind word in die wêreld bekend. Diegene wat in GOST gelys is, is van die gevaarlikste, en daarbenewens het hulle duidelike eksterne tekens. Mosaïeknekrose is dus 'n algemene manifestasie van virus Y-infeksie, en die teenwoordigheid van blaarkrulvirus kan bepaal word deur die kenmerkende vervorming van blaarblaaie.
Maar daar is baie virusse wat hulself nie fenotipies manifesteer nie, hoewel dit ook 'n effek op die oes kan hê. Hulle word selde ontdek, maar net omdat daar nie na hulle gesoek word nie.
As voorbeeld kan ek die werk van kollegas van die All-Russian Research Institute of Plant Protection (VIZR) noem. Hulle het in 2019 'n artikel gepubliseer oor die ontdekking van aartappelvirus P in Rusland. Voorheen is geglo dat dit uitsluitlik in Suid-Amerika versprei is.
Die vraag is wat sal ons ontdek as ons nie “onder die straatlig” kyk waar dit lig is nie, maar waar ons nog nie gekyk het nie.
– Waar gaan jy jou navorsing doen?
M.L.: Volgens die bepalings van die toekenning sal die projek twee jaar duur. Verlede jaar het ons saamgewerk met 'n aartappelplaas in die Tula-streek, materiaal ingesamel, met verskillende variëteite en reproduksies gewerk. Hierdie jaar gaan ons na ander streke en kyk watter virusse daar gevind word.
Die resultate van die studie sal in 2025 opgesom word, en ons sal beslis Russiese aartappelprodusente daarvan vertel.