Вчені знайшли спосіб змінити колір звичайної червоної полуниці на білий, відредагувавши лише одну копію одного гена. Експеримент показав, що навіть у рослин зі складним поліплоїдним геномом можна точково змінювати важливі ознаки, не втручаючись у роботу численних споріднених копій генів.

Дослідження провели науковці з університетів і дослідницьких установ Південної Кореї та США. Результати опубліковано в журналі Horticulture Research.

Чому полуницю складно редагувати

Культурна садова полуниця має незвичайно складний геном: вона октоплоїдна, тобто містить вісім наборів хромосом. Через це багато генів представлені кількома дуже схожими копіями.

На перший погляд така надлишковість мала б спрощувати редагування. Насправді все навпаки: якщо змінити одну копію, інші можуть продовжити виконувати ту саму функцію. У результаті бажаного ефекту просто не буде. Дослідники вирішили з’ясувати, чи можна знайти одну «головну» копію гена та вплинути лише на неї.

Генетичний перемикач червоного кольору

Червоний колір полуниці значною мірою забезпечують антоціани — рослинні пігменти, накопичення яких відбувається під час дозрівання плодів.

Одним із ключових регуляторів цього процесу є ген MYB10. Він працює як своєрідний молекулярний перемикач, активуючи інші гени, необхідні для виробництва пігментів. У комерційного сорту Florida Brilliance вчені спочатку визначили, яка саме копія MYB10 найактивніше працює під час дозрівання. Нею виявилася MYB10-1B.

Після цього дослідники застосували технологію CRISPR/Cas9, налаштувавши її таким чином, щоб вона розпізнавала саме цю копію, а не близькі за послідовністю варіанти. Результат виявився наочним: після порушення роботи MYB10-1B полуниця, яка зазвичай ставала червоною, формувала стабільно білі плоди.

Інші копії гена не змогли компенсувати зміну

Генетичний аналіз підтвердив, що в білих плодах відбулися потрібні мутації саме в MYB10-1B. При цьому інші споріднені копії гена залишилися переважно неушкодженими.

Подальший аналіз показав, що після вимкнення MYB10-1B знизилася активність кількох важливих генів, пов’язаних із виробленням антоціанів, зокрема CHS, DFR та ANS. Тобто вчені не просто помітили зміну кольору — вони простежили молекулярний ланцюг, який до неї призвів.

Цікаво, що самі ягоди залишалися білими протягом усього розвитку, тоді як їхнє насіння зберігало червоний колір. Це свідчить про те, що механізми пігментації можуть суттєво відрізнятися залежно від тканини рослини.

Важливіше за полуницю

Головна цінність експерименту полягає не в можливості вирощувати білу полуницю. Дослідники продемонстрували принцип, який може бути значно важливішим для сільського господарства: у поліплоїдних культурах не обов’язково змінювати всі копії гена, щоб отримати помітний результат.

Якщо одна з копій домінує за активністю, достатньо точно вплинути саме на неї. Це може зменшити кількість небажаних генетичних змін і дозволити зберегти інші корисні властивості сорту.

У майбутньому подібний підхід потенційно можна застосовувати для зміни не лише кольору плодів, а й їхнього смаку, поживної цінності, стійкості до стресу та інших характеристик. Таким чином, біла полуниця стала своєрідною демонстрацією нового рівня точності генетичної інженерії: іноді для зміни складної ознаки достатньо знайти правильну копію правильного гена.