Ученые создали желтосемянный рыжик с высоким выходом масла

Усилия по достижению нулевого уровня выбросов углекислого газа от транспортного топлива увеличивают спрос на масло, производимое из непродовольственных культур. Эти растения используют солнечный свет для преобразования углекислого газа из атмосферы в масло, которое накапливается в семенах. Известно, что у масличных культур, таких как рапс, сорта с желтыми семенами обычно производят больше масла, чем их аналоги с коричневыми семенами. Причина в том, что белок, отвечающий за коричневый цвет семян, которого нет у желтосемянных растений, также играет ключевую роль в производстве масла.

Селекционеры Брукхейвенской национальной лаборатории, заинтересованные в увеличении синтеза растительного масла для устойчивого производства биотоплива и других биопродуктов, использовали этот факт для выведения нового желтосемянного сорта посевного рыжика, который, по результатам исследования, накапливает на 21,4% больше масла, что потенциально может привести к резкому росту производства.

Рыжик посевной (Camelina sativa) — травянистое растение семейства капустных, техническая культура, возделываемая для производства рыжикового масла. Рыжик часто произрастает как сорное растение на полях и при дорогах.

В ходе исследований был обнаружен ген, отвечающий за желтый цвет семян и повышенное содержание масла. Ген, известный как Transparent Testa 8 (TT8), контролирует производство соединений, придающих семенам коричневый цвет, а также ингибирует некоторые гены, участвующие в синтезе масла. Ученые предположили, что избавление рыжика от гена TT8 должно предотвратить ингибирование синтеза масла и высвободить часть углерода, которую можно направить на производство масла.

Избавиться от одного гена у рыжика очень сложно, потому что вместо двух наборов хромосом, то есть двух копий каждого гена, у него шесть наборов.

Ученые использовали технологию редактирования генов, известную как CRISPR/Cas9, с помощью которой они расщепляли ДНК в нужных местах, а затем деактивировали гены.

В результате исследований цвет оболочки семян рыжика изменился с коричневого на желтый только у тех растений, у которых были нарушены все шесть копий гена TT8. Желтые семена содержали меньшее количество «флавоноидных» соединений, чем коричневые семена растений рыжика с неотредактированными геномами, что привело к резкому увеличению накопления масла. Стоит отметить, что в измененных семенах уровень белка и крахмала не изменился.

Отсутствие гена TT8 было унаследовано в последующих поколениях растений рыжика, что позволяет предположить, что улучшения будут стабильными и продолжительными.

Исследование нуклеотидной последовательности генома растений также используют для дифференциации видов. Во Всероссийском центре карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») проводят исследования по расшифровке геномов фитопатогенов и инвазивных сорных растений для дальнейшей разработки специфических методов диагностики карантинных вредных организмов.

Источник: Yuanheng Cai et al, Creating yellow seed Camelina sativa with enhanced oil accumulation by CRISPR‐mediated disruption of Transparent Testa 8, Plant Biotechnology Journal (2024). DOI: 10.1111/pbi.14403