Wie neue Weizenlinien mit Hilfe von Genome Editing geschaffen wurden, welche Eigenschaften sie erlangten und wie sich die neue Technologie von der Schaffung genetisch veränderter Organismen unterscheidet, erzählte am Allrussischen Forschungsinstitut für landwirtschaftliche Biotechnologie. Weizen 2.0

Wissenschaftler des Genomikzentrums des Allrussischen Forschungsinstituts für landwirtschaftliche Biotechnologie (VNIISB), Mitglieder des Kurchatov Genomic Center-Konsortiums, haben damit begonnen, spezielle Weizenlinien zu entwickeln, deren Genom mit dem CRISPR/Cas9-Editor modifiziert wird.

„Zum ersten Mal haben wir in Russland einen separaten Bereich geschaffen – ein Labor für die digitale Phänotypisierung bearbeiteter Pflanzen als Teil der Entwicklung des Genomzentrums“, sagt Mikhail Divashuk, Kandidat der Biowissenschaften, Leiter des Genomzentrums-VNIISB . - Das Interessanteste, was wir tun, ist wahrscheinlich das Erstellen und Studieren von vollwertigen bearbeiteten Pflanzen. Und vor allem interessieren wir uns für die wichtigste Nahrungspflanze in Russland - Weizen.

Das Herzstück von all dem ist die CRISPR/Cas9-Technologie, die für die gezielte Genombearbeitung verwendet wird, aber die russische Technologie ist viel umfassender als nur CRISPR/Cas9. Schließlich können die Schüler jetzt im Laborunterricht einfach einige Genome in einem Reagenzglas neu anordnen.

Wissenschaftler verwenden gezielt Bearbeitungstechnologien, um verbesserte Weizenlinien zu erstellen. Es ist notwendig, ein wichtiges Gen auszuwählen, festzulegen, an welchen Stellen wir dieses Gen verändern wollen, einen Vektor zu erstellen, dann einen winzigen Weizenkeim mit Goldpartikeln zusammen mit den entwickelten Vektoren zu bombardieren, Pflanzenzellen in vitro zu kultivieren, zu regenerieren, anzupassen, alle Kontrollen und erhalten endlich eine vollwertige Pflanze, die bereits selbstständig lebt und sich normal vermehrt. Es kann also bereits eine Abwechslung geschaffen werden.

Weizen kann auf verschiedene Weise verbessert werden.

„Man kann seine Qualität und Stabilität gezielt verbessern oder zum Beispiel die Vegetationsperiode verkürzen – dann reift es schneller“, erklärt Mikhail Divashuk.

In Russland sind die Bedingungen für den Pflanzenanbau überall unterschiedlich. Der Weizen der Region Moskau wächst im Gegensatz zu Woronesch unter den Bedingungen der Nicht-Schwarzerde-Region. Der Boden und das Klima des Krasnodar-Territoriums haben ihre eigenen Eigenschaften, während Sibirien seine eigenen hat. Irgendwo sei es notwendig, dass der Weizen schneller reife, das Korn vor Hitze oder Dürre mit Nährstoffen „pumpe“, erklärt der Wissenschaftler.

Wegen der Möglichkeit, Gene gezielt zu verändern, lassen sich Weizensorten nun deutlich schneller an Umweltbedingungen „maßschneidern“ als mit klassischen Züchtungsmethoden.

„Unser Institut hat in Zusammenarbeit mit Kollegen von zwei anderen russischen Instituten (IBCh und ICG) zum ersten Mal in Russland genmanipulierten Weizen erhalten“, sagt Akademiker Gennady Karlov, Direktor des Allrussischen Forschungsinstituts für landwirtschaftliche Biotechnologie. „Und zum ersten Mal auf der Welt haben wir mehrere Gene bearbeitet. Ein solches Gen (VRN1) wird mit der Lebensweise des Weizens in Verbindung gebracht – schließlich gibt es Frühlings- und Winterformen. Als Ergebnis der Bearbeitungsarbeiten sehen wir frühere Überschriftsdaten. Dies kann für trockene Regionen genutzt werden, in denen Weizensorten mit einer kürzeren Vegetationsperiode benötigt werden.“

Dünger verdauen

Ein weiterer wichtiger Bereich bei der Bearbeitung von Sorten ist die Verdaulichkeit von Düngemitteln durch Pflanzen. Schließlich ist ein erheblicher Teil des Preises, der Getreideernte enthalten ist, die Menge des ausgebrachten Düngers, erklären Experten.

Durch Eingriffe in das Genom können Sie die qualitative Zusammensetzung von Produkten ändern, die aus Weizen gewonnen werden können - Mehl, Nudeln, Getreide. Man kann editierte Gene so kombinieren, dass man zum Beispiel resistente Stärke erhält, die im Körper sehr schlecht abgebaut wird. So erhalten Sie ein Diätprodukt mit weniger Kalorien. Mit einer anderen Genkombination wird Brot langsamer altbacken.

„Jetzt wird hauptsächlich Weizen angebaut, was universell ist. Es ist für beides geeignet, aber nicht optimal. sagt Karlow. „Wir bekommen Formen von Weizen, die in Zukunft, wie wir hoffen, zu Sorten mit den gewünschten Verbrauchereigenschaften werden. Sie können für bestimmte Zwecke verwendet werden. Nehmen wir an, einer ist für die Herstellung von Nudeln, der andere für die Herstellung von Brot, der dritte für Biokraftstoffe. Bestimmte Stärke wird grundsätzlich auch in der Pharmakologie eingesetzt“, so der Akademiker.

Grauzone

Wissenschaftler geben jedoch zu, dass die Aussaat von bearbeitetem Weizen auf den Feldern zwar noch weit entfernt ist, dies jedoch durch die Unvollkommenheit der russischen Gesetzgebung ernsthaft behindert wird und während die Genombearbeitung von Feldfrüchten „in der Grauzone“ bleibt.

„Ich denke, wir werden warten, bis unsere Sorten registriert werden können“, sagt Akademiker Gennady Karlov. - Das Erstellen einer Sorte ist ein sehr langer Prozess, er dauert etwa 10-20 Jahre. Aber wir hoffen, diesen Weg schneller passieren zu können.“In Russland wurde 2016 ein Gesetz verabschiedet, das den Anbau und die Zucht gentechnisch veränderter Pflanzen und Tiere in Russland mit Ausnahme wissenschaftlicher Arbeiten verbietet.

Pflanzen, die einer genetischen Bearbeitung mit der CRISPR/Cas9-Technologie unterzogen wurden, werden jedoch von einer Reihe wissenschaftlicher Schulen nicht als „klassische“ GVO angesehen. Schließlich werden „ihre eigenen“ Gene des Körpers bearbeitet, und nach der Bearbeitung verbleiben keine fremden genetischen Informationen im Genom, dies sind viel vorhersehbarere und kontrolliertere Veränderungen.

Wissenschaftler verbinden ihre Hoffnungen mit der Verabschiedung von Änderungen des GVO-Gesetzes.

„Es ist geplant, gentechnisch veränderte und gentechnisch veränderte Pflanzen zu trennen“, sagt Gennady Karlov. - Für gentechnisch veränderte Pflanzen wird das Verbot höchstwahrscheinlich bestehen bleiben, obwohl es weltweit immer noch eine Tendenz gibt, diese Pflanzen zuzulassen. Aber wir für unseren Teil hoffen sehr, dass gentechnisch veränderte weiterhin erlaubt sein werden.“

Wissenschaftler haben bereits zwei Patente für neue Bearbeitungstechnologien erhalten. Für die gentechnisch veränderten Linien selbst sind zwei weitere Patentanmeldungen anhängig.

„Es ist nicht rational, sich vor gentechnisch veränderten Organismen zu fürchten, sie sind nicht schlechter als neue Züchtungssorten und in gewisser Weise sogar besser in Bezug auf die Sicherheit, wenn wir versuchen, einige unbekannte Risiken zu berücksichtigen“, sagt Alexander Panchin, PhD Senior Researcher am Kharkevich Institute for Information Transmission Problems der Russischen Akademie der Wissenschaften und Mitglied der Kommission der Russischen Akademie der Wissenschaften zur Bekämpfung der Pseudowissenschaft. - Aus rechtlicher Sicht sollte die Einstellung zu ihnen daher dieselbe sein wie die Einstellung zu gewöhnlichen Zuchtsorten. Es scheint mir, dass die Verabschiedung solcher Gesetze der heimischen Gentechnik einen großen Schub geben würde. Wir haben viele Spezialisten, die alle notwendigen Qualifikationen und Fähigkeiten haben, um dies zu schaffen. Das einzige, was sie davon abhält, ist das Verständnis, dass es in Russland keinen Sinn macht, und es gibt einen Braindrain, einen Abfluss von kompetentem Personal, es gibt ein Gefühl der Hoffnungslosigkeit, wenn Wissenschaftler nicht das tun können, was sie gerne tun würden, der Menschheit zugute kommen.“

Solche Technologien müssen sicherlich zumindest für den Fall höherer Gewalt entwickelt werden. Es genügt, in dieser Hinsicht an die Geschichte von COVID-19 zu erinnern, sagen Wissenschaftler. Als es auftauchte, war Russland das erste, das einen Impfstoff entwickelte. Dies geschah, weil bei der NICEM ihnen. N.F. Die Gamalei untersuchen und entwickeln seit vielen Jahren Adenovirus-basierte Impfstofftechnologien. Und in der Landwirtschaft ist niemand immun gegen das Auftreten einer neuen schädlichen Krankheit, die jeden Schutz der derzeitigen Sorten durchbrechen wird. Und das Bearbeitungswerkzeug wird das optimale sein, um dieses Problem gemeinsam mit Züchtern und Pflanzenpathologen zu lösen.

Die Arbeit bei VNIISB ist also in vollem Gange. Derzeit entsteht im Rahmen des Genomzentrums ein aufbereiteter Weizen. Dies geschah in enger Zusammenarbeit mit einem Team unter der Leitung von Sergey Dolgov vom Institute of Bioorganic Chemistry RAS und Elena Salina vom ICG SB RAS.

In Russland ist dies die erste erfolgreiche Erfahrung bei der Gewinnung von bearbeitetem Weizen.

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