Хотя генетически модифицированные культуры имеют ряд значительных преимуществ перед обычными аналогами, первоначальное создание модифицированных растений может быть довольно сложным. Недавно ученые разработали более простой подход, при котором обычные растения изменяются с помощью аэрозоля, который распыляется над посевами.

Большинство своих экспериментов ученые проводили на растениях кресс-салата (Arabidopsis thaliana). Depositphotos

 

Сельскохозяйственные растения обычно генетически модифицируются для того, чтобы повысить их урожайность, снизить потребление воды или повысить устойчивость к вредителям и болезням. Однако успешное внедрение таких трансформаций требует значительного количества времени и денег, к тому же многие люди с опаской относятся к употреблению таких растений (или продуктов питания, приготовленных из них).

Во главе с исследователем Масаки Одахара группа ученых из японского Центра устойчивого ресурсоведения RIKEN поставила перед собой задачу разработать более простую альтернативу, которая давала бы те же результаты.

В частности, ученые хотели создать биоактивные молекулы, которые можно было бы распылять на сельскохозяйственные культуры, где они проникали бы в клетки растений и либо подавляли, либо запускали активность определенных генов.

Одними из первых кандидатов, на которых обратили внимание ученые, были цепочки аминокислот, известные как проникающие в клетки пептиды (CPPs). Предыдущие исследования показали, что такие пептиды способны доставлять молекулы в структуры клеток растений, например, в хлоропласты, в которых происходит фотосинтез.

Схема процесса. Биоактивная молекула (например, ДНК или РНК) соединяется с пептидным наноносителем (проникающим в клетки пептидом, CPP) в водном растворе, а затем распыляется на листья растений с помощью аэрозольного пульверизатора. Этот процесс позволяет изменять экспрессию генов без фактического изменения самих генов. 

 

Чтобы выяснить, какие пептиды будут работать лучше всего, исследователи пометили несколько природных и синтетических пептидов желтым флуоресцентным сигналом, а затем распылили эти пептиды на листья кресс-салата, сои и томатов. При последующем использовании конфокального лазерного сканирующего микроскопа для исследования листьев было обнаружено, что некоторые из пептидов особенно успешно проникают в клетки, вызывая их желтое свечение.

Дополнительные эксперименты показали, что фрагменты ДНК, называемые плазмидами, которые часто используются для переноса чужеродных генов в такие организмы, как растения, могут быть перенесены в листья растений после прикрепления к распыленным CPP. Другие связанные биомолекулы вызывали временное образование в листьях дополнительных пор, позволяя всасывать большее количество аэрозоля.

Доказательство того, что система может быть использована для стимулирования экспрессии генов. Синее окрашивание видно после распыления комплекса плазменная ДНК/КПП, содержащего репортерный ген GUS. Обратите внимание на верхний лист без синего окрашивания. Этот лист был опрыскан раствором, содержащим плазменную ДНК, но не пептидный носитель.

 

Наконец, ученые обратили свое внимание на растение, которое было генетически модифицировано (традиционным способом) для чрезмерной интенсивности желтой флуоресценции в листьях. Присоединив РНК, препятствующую этой активности, к CPP, а затем распылив эту CPP на листья растения, исследователи смогли успешно подавить желтую флуоресценцию.

"Биоактивные молекулы, доставляемые с помощью распыления, могут эффективно улучшать экономические признаки качества сельскохозяйственных культур", - говорит Одахара. "Наш следующий шаг - повышение эффективности системы распределения. В конечном итоге, мы надеемся, что эта система может быть использована для безопасной защиты сельскохозяйственных культур от паразитов или других вредных факторов".

Статья об этом исследовании была недавно опубликована в журнале ACS Nano.

Источники: RIKEN через AlphaGalileo    
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c07723
https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/218085?returnurl=https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/218085