Изучена тема геномного редактирования в сельском хозяйстве, ее роль в снижении затрат и повышении качества продукции. Исследования ученых в области редактирования генома сельскохозяйственных культур на примере пшеницы позволили значительно расширить ее адаптивные возможности и повысить устойчивость к различным климатическим условиям. Этот процесс основан на технологии, известной как CRISPR (кластеризованные регулярно чередующиеся короткие палиндромные повторы).
ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) обновила свой прогноз мирового производства зерновых на 2024 год, повысив его до 2 854 миллионов тонн. Это количество зерна сможет прокормить 4,5 млрд человек и представляет собой новый исторический максимум.
ФАО считает, что редактирование генома пшеницы становится стратегическим шагом для обеспечения глобальной продовольственной безопасности.
«CRISPR» — это мощный и чрезвычайно точный молекулярный инструмент, способный целенаправленно вносить изменения в генетический код. Это позволяет нам производить новые варианты генов, которые обладают улучшенными свойствами и оказывают положительное влияние на интересующие нас признаки».
Нобелевскую премию 2020 года присудили за метод «генетические ножницы», который произвел настоящее открытие в молекулярных науках и создал новые возможности для селекции растений, внес свой вклад в инновационные методы лечения рака и генетически унаследованных болезней. Лауреатами стали француженка Эммануэль Шарпантье и американка Дженнифер Дудна.
Интеграция этого инструмента в современную селекционную практику может существенно ускорить темпы генетического прироста за счет ускорения идентификации агрономических генов, увеличить массу зерна и количество зернышек в одном колосе, расширить генетическое разнообразие и сократить срок вегетационного времени.
В нашей стране условия для выращивания растений сильно различаются в зависимости от региона. Благодаря возможностям направленного редактирования генов, теперь можно гораздо быстрее адаптировать сорта пшеницы к конкретным условиям внешней среды, чем при использовании методов классической селекции. В результате редактирования генома можно ускорить сроки колошения, что особенно важно для засушливых регионов Узбекистана, где необходимы сорта пшеницы с сокращенным периодом вегетации.
Еще одно важное направление в деле редактирования сортов — это усвояемость растениями удобрений. Ведь существенная часть цены, которая закладывается в урожай зерновых, — это количество вносимых удобрений. Таким образом при снижении используемого количества удобрений можно будет также снизить цену пшеницы
Геномное редактирование позволяет не только улучшать урожайность пшеницы, но и изменять качественный состав продуктов, таких как мука, макароны и каши. Благодаря точной комбинации отредактированных генов можно создавать диетические продукты с пониженным содержанием калорий. Другая комбинация генов может замедлить процесс черствения хлеба. Возможности геномного редактирования открывают широкий спектр вариантов для улучшения качества и свойств пищевых продуктов.
В настоящее время в нашей стране в основном выращиваются универсальные сорта пшеницы. С помощью технологии геномного редактирования можно создавать новые формы пшеницы, которые в будущем станут сортами с необходимыми потребительскими характеристиками. Эти сорта можно будет целенаправленно использовать для различных целей: производства лапши, хлеба, биотоплива и других специализированных продуктов.
В Китае специалисты компании «Qi Biodesign» отредактировали 4 различных участка генома пшеницы, что привело к значительному повышению устойчивости к заболеваниям. Одна из этих генетических правок также способствовала сохранению или даже увеличению урожайности некоторых сортов пшеницы.
Государственная компания «InterGrain» в Австралии планирует разработать сотни новых сортов пшеницы, которые будут как минимум на 10% более продуктивными. В процессе исследований они намерены определить, какие комбинации генов обеспечивают наилучшие результаты, с целью повышения общей урожайности на 10%.
В Канаде ученые Летбриджского научно-исследовательского центра сосредоточены на редактировании генома пшеницы для повышения ее устойчивости к засухе, которая может стать серьезным вызовом в будущем. Настраивая геном, они стремятся максимально повысить производительность пшеницы в условиях «стресса».
В сельском хозяйстве всегда существует риск появления новых вредоносных заболеваний, которые могут преодолеть защиту существующих сортов. В таких случаях геномное редактирование становится ключевым инструментом для быстрого и эффективного решения этой проблемы в сотрудничестве с селекционерами и фитопатологами.
Для создания и поддержания необходимой инфраструктуры для геномных исследований сельскохозяйственных культур в Узбекистане требуется комплексный подход, включающий несколько ключевых элементов:
1. Создание специализированных геномных лабораторий с современным оборудованием для секвенирования, анализа и хранения геномных данных. Эти лаборатории должны быть интегрированы с крупными научно-исследовательскими центрами и университетами.
2. Развитие образовательных программ по геномике и биоинформатике в университетах для подготовки специалистов, способных работать с генетическими данными пшеницы. Также необходимы курсы повышения квалификации для существующих учёных и специалистов в области агрономии и генетики.
3. Внедрение мощных вычислительных систем и создание национальной базы данных для хранения и анализа геномных данных пшеницы. Важно разработать и внедрить биоинформационные инструменты для обработки больших объемов данных и создания моделей для селекционных программ.
4. Развитие генетических банков, где будут храниться семена различных сельскохозяйственных культур. Эти банки станут важным ресурсом для сохранения генетического разнообразия и дальнейших исследований.
5. Создание сети экспериментальных станций для тестирования и внедрения новых сортов сельскохозяйственных культур, разработанных на основе геномных исследований. Это позволит проводить полевые испытания и адаптировать сорта к различным климатическим условиям.
6. Государственная поддержка и финансирование проектов по геномике пшеницы, а также создание нормативно-правовой базы для регулирования использования генетических технологий в сельском хозяйстве.
7. Взаимодействие с международными научными организациями и участие в глобальных проектах по изучению генома сельскохозяйственных культур. Это позволит использовать передовой опыт и обмениваться знаниями с мировым научным сообществом.
8. Сотрудничество с аграрным сектором: установить тесные связи с фермерами и сельскохозяйственными компаниями для практического применения результатов геномных исследований в производстве.