Исследователи использовали технологию CRISPR для развития устойчивости у растения азиатского риса. Фото предоставлено: Голеро/Getty Images
Рис является одной из важнейших сельскохозяйственных культур в странах Африки к югу от Сахары. Однако он особенно уязвим к болезням. Новое исследование показывает, что технологию CRISPR можно использовать для редактирования генов в определенных сортах риса для создания устойчивости к болезням.
Рис является важной основной пищевой культурой в странах Африки к югу от Сахары: более 60% риса местного производства потребляется. Однако болезнь, вызываемая вирусом желтой пятнистости риса (RYMV), угрожает уничтожить посевы риса в Африке. Это заболевание обычно считается наиболее важным заболеванием риса, поражающим орошаемую и равнинную экологию, и с момента его открытия оно было обнаружено почти во всех африканских странах-производителях риса.
В исследовании, опубликованном в Журнале биотехнологии растений, исследователи стремились развить устойчивость к этой болезни.
Стоимость вируса
Многие производители риса в Африке едва владеют гектаром земли. В таких условиях урожайность риса часто снижается на 10–100% из-за болезней, что оказывает давление на продовольственную безопасность.
«RYMV имеет последствия для продовольственной безопасности и бедности мелких землевладельцев. Это воздействие варьируется от года к году, зависит от множества факторов, и его трудно точно оценить. » Лоуренс Альбар, один из исследователей, рассказал Food Herald: «Однако африканские мелкие фермеры часто описывают это заболевание как одно из основных заболеваний риса, и, учитывая важность риса в Африке и мире, некоторые авторы относят RYMV к числу Десять наиболее экономически важных вирусов растений »
развивать сопротивление
В настоящее время RYMV имеет три гена устойчивости, и пока один из генов мутирует, линия риса может развить устойчивость.
Хотя один одомашненный сорт риса, Oryza glaberrima (также известный как африканский рис), в некоторых случаях выработал устойчивость, он имеет низкую урожайность и не получил широкого распространения. Однако более продуктивный и широко используемый сорт Oryza sativa имеет очень низкую устойчивость. O.glaberrima имеет почти все гены устойчивости, а O.sativa, имеющая более высокий урожай, — нет.
Альба сообщает нам: «Среди наиболее широко выращиваемых сортов риса (Oryza sativa) очень мало сортов риса, которые обладают высокой устойчивостью к RYMV (отсутствие симптомов или отсутствие влияния на урожайность): два традиционных сорта, происходящих из Восточной Африки, а именно Гиганте и Бекаросаке, а также 3-4 дополнительные линии, выведенные на основе этих сортов и выведенные селекционерами риса в странах Западной Африки в 2000-х годах.
Альба рассказала нам: «Сильная устойчивость наблюдалась также у нескольких сортов другого культурного вида риса (африканского риса), который сегодня выращивается редко. Урожайность этих устойчивых сортов не высока, а их характеристики (устойчивость к другим болезням, размер , длина цикла и т. д.) также не являются тем, что нужно многим фермерам, и перенос их устойчивости на более адаптированные сорта с помощью традиционных методов селекции является обременительным и трудоемким. Вот почему редактирование генома так многообещающе »
Задача состоит в том, чтобы создать устойчивость высокоурожайных сортов риса. С этой целью исследователи использовали технологию редактирования генов CRISPR/Cas9 для редактирования гена устойчивости OsCPR5.1 в азиатском сорте японского риса Китааке, создавая мутации внутри гена, тем самым развивая устойчивость у риса без ущерба для урожайности.
«По результатам тепличных экспериментов, проведенных на выведенных нами линиях (а также на африканских сортах риса, несущих подобные мутации), мы не наблюдали какого-либо негативного влияния на рост растений. Однако эти результаты еще необходимо подтвердить в полевых испытаниях в соответствующих агроэкосистемах, прежде чем инженерные сорта можно будет рассматривать для выращивания на больших площадях», — говорит нам Альба.
Основная задача сейчас — протестировать больше африканских сортов риса, чтобы увидеть, смогут ли они выработать устойчивость. Кроме того, африканским фермерам, выращивающим рис, необходимо предоставить отредактированные устойчивые сорта риса.
«На следующем этапе мы будем использовать тот же подход с высокоурожайными сортами, адаптированными для мелких фермеров в африканских странах. Если будет доказано, что эти сорта не оказывают негативного воздействия, эти сорта можно будет передать мелким фермерам для крупномасштабного выращивания, чтобы избежать болезни RYMV и связанных с ней потерь урожая, тем самым помогая людям избежать бедности и отсутствия продовольственной безопасности. »
Спасение урожая риса
Один из исследователей, Вольф Б. Фроммер, является исследователем проекта Healthy Crops, международного исследовательского консорциума, общая цель которого — помочь мелким фермерам в Африке и Азии повысить урожайность и избежать болезней.
Основное внимание в проекте уделяется RYMV и бактериальному ожогу (BB), еще одной особенно разрушительной болезни риса.
«Теперь мы также отредактировали рис, чтобы сделать его устойчивым к фузариозному увяданию, что особенно актуально в случае крупных вспышек, вызванных непреднамеренным заносом азиатских штаммов в Восточную Африку, которые нанесли значительный ущерб и быстро распространились», — сказал Фроммер »
«У нас также есть устойчивые к болезням линии, подготовленные для Танзании и Восточной Африки, которые не используют технологию редактирования и, возможно, не так хороши, как отредактированные линии, но из-за нормативной ситуации это лучшее из возможных решений. »
По словам Фроммера, самым большим успехом проекта стала разработка штаммов, устойчивых к вирусу BB, для Индии и Африки.
источник:
- «Устойчивость к вирусу желтой крапчатости риса путем редактирования генома гена нуклеопорина OsCPR5.1, но не OsCPR5.2, Oryza sativa L. ssp. japonica» — Журнал биотехнологии растений
- Опубликовано: 20 декабря 2023 г.
- Дой: https://doi.org/10.1111/pbi.14266
- Авторы: Й. Арра, Ф. Оги, М. Стибнер, С. Шерон, М. М. Вудик, М. Мирас, В. Шеплер-Луу, С. Кёлер, С. Куннак, У. Б. Фроммер, Л. Альбар
Комментарии