Генетически модифицированная пшеница

Геном пшеницы огромен. Использование генетических ножниц, таких как CRISPR/Cas, в геноме пшеницы позволяет создать зачастую уникальные формы генетической модификации, которые невозможно произвести при помощи обычного скрещивания.

Перед применением новых методов, таких как генетические ножницы CRISPR/Cas, используются старые методы генной инженерии, которые требуются, чтобы внедрить генетические ножницы в генный материал целевого организма. Это может привести к специфическим нежелательным последствиям. Кроме того, формы генной модификации, появляющиеся в результате использования новых методов, зачастую уникальны и не могут быть получены при помощи традиционной селекции. То же касается и случаев, когда дополнительные гены не внедряются в геном.

Ученые, работающие в американской компании Calyxt, выявили класс клейковинных белков (глиадинов) в пшенице, которые, по их мнению, вызывают воспалительное заболевание кишечника (целиакию). Гены, отвечающие за их выработку, — это большая группа генов, которые присутствуют в организме в виде так называемых генных кластеров, то есть имеют много копий, которые при этом находятся в разных частях генома. При помощи обычной селекции невозможно убрать большое количество генов и копий генов. При помощи CRISPR/Cas в 2018 году ученым впервые удалось выключить большое количество этих генов. 35 из 45 генов, ответственных за выработку глиадинов, были «выключены». В результате возникла новая форма генно-модифицированной пшеницы. Однако такое вмешательство может вызвать непреднамеренные изменения биологических характеристик растений, например, их состава. По этой причине необходимо тщательно изучать риски, которые могут возникнуть в результате генетической модификации растений, даже если в геном не встраиваются дополнительные гены.

Модификация растений проводилась в несколько этапов: сначала растения трансгенной пшеницы были созданы при помощи старого метода генной инженерии (в частности генной пушки). Причина в том, что в состав генетических ножниц входит комплекс белков, и сначала они должны оказаться в геноме растения. Для этого в геном пшеницы встроили бактериальный ген, отвечающий за кодирование этих белков. А уже на следующем этапе был применен новый генно-инженерный метод (генное редактирование): встроенные в геном пшеницы «ножницы» отрезали требуемые гены с тем, чтобы те перестали действовать.

При использовании генного редактировании эти два этапа неизбежны, так как генетические ножницы должны быть встроены в геном организма и только затем они начинают действовать. Именно так модифицировали большую часть отредактированных растений, которые сейчас разрешены к коммерческому выращиванию в США. Одно из последствий такого подхода заключается в том, что компоненты трансгенов (в том числе бактерии) также присутствуют в растениях. Эти компоненты ученые пытаются удалить на более поздних этапах селекции. Кроме того, применение генной пушки, при помощи которой традиционно встраивают гены, зачастую вызывает целый ряд нежелательных изменений в геноме. В организме могут возникнуть новые вещества, появление которых не предполагалось и которые трудно выявить.

Из этого примера следует, что: (1) растения, модифицируемые при помощи новых генно-инженерных технологий, должны тщательно изучаться на предмет возникновения нежелательных изменений. Необходимо учитывать последствия всех стадий процесса. (2) Растения с отредактированным геномом часто имеют такие комбинации генов и такие свойства, которых невозможно достичь методами традиционной селекции. Риски от последствий таких изменений для людей и окружающей среды должны быть тщательно изучены.

 

Год публикации: 2020

Подробнее: Sanchez-Leon et al. (2018) Low-gluten, nontransgenic wheat engineered with CRISPR/Cas9. Plant Biotechnology Journal