Ученые Института цитологии и генетики СО РАН разработали новую методику генетического редактирования, которая позволяет ускорить выведение улучшенных сортов ячменя с полезными характеристиками более чем в четыре раза. Результаты исследования были представлены на VIII Международной научной конференции “Генетика, Геномика, Биоинформатика и Биотехнология растений” (PlantGen2025).
Этот инновационный подход основан на технологии, известной как “молекулярные ножницы” (CRISPR/Cas), но дополнен важным элементом — комплексом генов, заимствованных у пшеницы. Эти гены регулируют скорость роста и общее развитие растения, что оказалось ключевым усовершенствованием.
Специалисты ИЦиГ СО РАН пояснили, что стандартный метод “молекулярных ножниц” предназначен для точечного внесения изменений в ДНК различных организмов. Однако его эффективное применение к коммерческим сортам ячменя, в отличие от лабораторных линий, сталкивается с определенными трудностями.
Эти сложности обусловлены сортовыми особенностями: способность растительных клеток к генетической трансформации и последующей регенерации в лабораторных условиях (in vitro) сильно зависит от уникального набора генов каждого конкретного сорта.
Зерна ячменя. © Фото : пресс-служба ИЦиГ СО РАН
По словам исследователей из ИЦиГ, разработанный ими подход, включающий использование комплекса регуляторных генов роста пшеницы (обозначенных как GRF4-GIF1), значительно повысил эффективность регенерации растений ячменя после процедуры генетического редактирования.
Екатерина Тимонова, научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики и цитогенетики растений ИЦиГ СО РАН, отметила, что благодаря новому методу удалось получить линии голозерного ячменя с увеличенным содержанием белка и аминокислот. Такой ячмень идеально подходит для производства высококачественных круп и комбикормов, так как он отличается высокой питательной ценностью и минимальным количеством отходов при переработке.
Эффективность успешного редактирования достигла 3,8%, в то время как при использовании традиционных методов для этих конкретных сортов результат был нулевым.
По словам Тимоновой, если раньше для получения сорта с необходимыми характеристиками требовалось от 6 до 8 лет селекционной работы, включающей скрещивание и многолетний отбор, то новая методика позволила целенаправленно изменить геном выбранных сортов ячменя и получить линии с желаемой мутацией всего за полтора года.
Эти достижения имеют большое значение для развития современных биотехнологических программ в селекции ячменя. Прямое редактирование генов в уже существующих элитных сортах исключает необходимость длительных и трудоемких процедур гибридизации и самоопыления. Это открывает возможности для гораздо более быстрого создания сортов, оптимально подходящих для различных климатических условий.
Посадки на экспериментальных полях ИЦиГ СО РАН. © Фото : пресс-служба ИЦиГ СО РАН
Тимонова добавила, что в дальнейшем исследователи планируют применять этот метод для улучшения других важных характеристик ячменя, таких как устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды и повышение питательной ценности зерна.
Работа проводилась в рамках реализации федеральной программы по созданию и развитию геномных исследовательских центров мирового уровня, в частности, проекта “Курчатовский геномный центр”.
