Иерусалим, 10 июня 2025 года (TPS-IL) — Израильские и китайские ученые разработали революционный метод генетического редактирования, который успешно модифицировал сложные характеристики растений помидоров, такие как размер, форма, вкус, использование питательных веществ и устойчивость к болезням.

Метод, использующий усовершенствованную форму технологии CRISPR-Cas9, позволяет одновременное редактирование нескольких генов, что долгое время было вызовом в сельскохозяйственной науке из-за сложной и избыточной природы геномов растений. В исследовании, недавно опубликованном в рецензируемом журнале Nature Communications, исследователи продемонстрировали способность влиять на ключевые характеристики помидоров, такие как вкус, форма и использование питательных веществ.

«Генетическое редактирование растений — это сложный процесс. Наш метод преодолевает основные препятствия и может быть использован для изучения и влияния на различные характеристики, такие как устойчивость к болезням и засухе, в различных сельскохозяйственных культурах», — заявили исследователи.

Проект возглавили профессоры Эйлон Шани и Итай Майроз, а также аспирант Амихай Берман из Школы растениеводства и продовольственной безопасности Тель-Авивского университета. Они сотрудничали с Нинг Су и доктором Юцинь Чжан из Университета Китайской академии наук в Пекине, а также доктором Оснат Янай из израильской агротехнологической компании NetaGenomiX.

CRISPR означает кластеризованные регулярно интервалирующие короткие палиндромные повторы. Это мощный инструмент, который позволяет ученым точно и эффективно редактировать гены. Он работает как молекулярные ножницы: специализированный белок (чаще всего Cas9) направляется маленьким кусочком РНК к определенному месту в ДНК. Как только он находит свою цель, он делает разрез, позволяя исследователям удалить, отключить или заменить определенные гены.

Однако в сложных организмах, таких как растения, многие гены принадлежат семьям похожих генов, которые выполняют перекрывающиеся функции. Это создает проблему, известную как генетическая избыточность — когда один ген редактируется, другой из той же семьи может компенсировать, что затрудняет видеть какие-либо изменения.

Прорыв заключается в двух основных инновациях. Во-первых, исследователи улучшили масштабируемость CRISPR-Cas9, разработав систему, способную одновременно нацеливать тысячи генов.

Чтобы решить вторую проблему генетической избыточности, «Мы стремились одновременно изменить целые семьи похожих генов», — сказал Берман. «В предыдущем исследовании мы разработали специализированный алгоритм, который берет список целевых генов и идентифицирует уникальную CRISPR-единицу для каждого из них — или для группы похожих генов — для вызова желаемой модификации. Это позволило нам создать обширные библиотеки CRISPR».

В этом исследовании ученые создали библиотеку CRISPR — большую коллекцию настраиваемых инструментов для генетического редактирования, каждый из которых предназначен для нацеливания на конкретный ген или группу похожих генов в геноме помидора. Эта библиотека CRISPR позволила ученым преодолеть проблему избыточности путем одновременного редактирования тысяч генов в сотнях растений. Каждое растение имело уникальное генетическое изменение, что позволило исследователям наблюдать, какие изменения привели к различиям в характеристиках, таких как сладость, форма плода или устойчивость к болезням.

В то время как ранее тесты алгоритма были успешны в модельном растении Arabidopsis thaliana, новое исследование является его первым применением в культурном виде. Команда создала 10 библиотек CRISPR, содержащих примерно 15 000 уникальных единиц генетического редактирования, предназначенных для генома помидора. Затем они внесли эти изменения в около 1300 растений помидоров, каждое из которых было изменено в разной группе генов.

Израильская компания NetaGenomiX получила лицензию на коммерциализацию технологии. Целью является разработка улучшенных, не-GMO культур, которые могут лучше выдерживать изменение климата и приносить ощутимые выгоды как фермерам, так и потребителям.

«Мы считаем, что наши исследования открывают дверь для разведения улучшенных сортов для широкого спектра культур, а также продвигают область растениеводства в целом», — добавил Берман. «В последующих исследованиях мы работаем над развитием дополнительных выбранных характеристик в помидорах и рисе».