Come sono state create nuove linee di grano con l'aiuto dell'editing del genoma, quali qualità ha acquisito e in che modo la nuova tecnologia differisce dalla creazione di organismi geneticamente modificati, raccontato all'Istituto di ricerca russo di biotecnologia agricola. Grano 2.0

Gli scienziati del Centro genomico dell'Istituto di ricerca russo di biotecnologia agricola (VNIISB), membri del consorzio del Centro genomico Kurchatov, hanno iniziato a creare linee speciali di grano, il cui genoma viene modificato utilizzando l'editor CRISPR/Cas9.

"Per la prima volta in Russia, abbiamo creato un'area separata, un laboratorio per la fenotipizzazione digitale delle piante modificate nell'ambito dello sviluppo del centro genomico", afferma Mikhail Divashuk, candidato alle scienze biologiche, capo del centro genomico-VNIISB . - La cosa più interessante che facciamo è probabilmente la creazione e lo studio di piante modificate a tutti gli effetti. E soprattutto siamo interessati al principale raccolto alimentare in Russia: il grano.

Al centro di tutto questo c'è la tecnologia CRISPR/Cas9 utilizzata per l'editing diretto del genoma, ma la tecnologia russa è molto più ampia del solo CRISPR/Cas9. Dopotutto, ora gli studenti possono semplicemente riordinare alcuni pezzi di genoma in una provetta durante le lezioni di laboratorio.

Gli scienziati stanno utilizzando di proposito la tecnologia di editing per produrre linee di grano migliorate. È necessario selezionare un gene importante, determinare quali modifiche vogliamo apportare a questo gene, creare un vettore, quindi bombardare un minuscolo germe di grano con particelle d'oro insieme ai vettori sviluppati, coltivare cellule vegetali in vitro, rigenerare, adattarsi, tutti i controlli, e finalmente ottieni una pianta a tutti gli effetti che già vive da sola e si riproduce normalmente. Quindi può già essere utilizzato per creare una varietà.

Il grano può essere migliorato in diversi modi.

"Puoi migliorare intenzionalmente la sua qualità e stabilità, oppure puoi, ad esempio, ridurre il suo periodo di vegetazione e poi maturerà più velocemente", spiega Mikhail Divashuk.

In Russia, le condizioni per la coltivazione delle piante sono diverse ovunque. Il grano della regione di Mosca cresce nelle condizioni della regione della Terra non nera, in contrasto con il Voronezh. Il suolo e il clima del territorio di Krasnodar hanno le loro caratteristiche, mentre la Siberia ha le sue. Da qualche parte è necessario che il grano maturi più velocemente, per "pompare" il grano con sostanze nutritive prima del caldo o della siccità, spiega lo scienziato.

Grazie alla capacità di modificare i geni in modo mirato, ora le varietà di grano possono essere "personalizzate" in base alle condizioni ambientali molto più velocemente rispetto ai metodi di allevamento classici.

"Il nostro istituto, in collaborazione con i colleghi di altri due istituti russi (IBCh e ICG), ha ricevuto per la prima volta in Russia grano geneticamente modificato", afferma l'accademico Gennady Karlov, direttore dell'Istituto di ricerca russo di biotecnologia agricola. “E per la prima volta al mondo, abbiamo modificato diversi geni. Uno di questi geni (VRN1) è associato allo stile di vita del grano - dopotutto, ci sono forme primaverili e invernali. Come risultato del lavoro di modifica, vediamo date di intestazione precedenti. Questo può essere utilizzato per le regioni aride in cui sono richieste varietà di grano con una stagione di crescita più breve".

Digerire il fertilizzante

Un'altra area importante nell'editing delle varietà è la digeribilità dei fertilizzanti da parte delle piante. Dopotutto, una parte significativa del prezzo incluso nel raccolto del grano è la quantità di fertilizzante applicata, spiegano gli esperti.

L'intervento nel genoma consente di modificare la composizione qualitativa dei prodotti ottenibili dal grano: farina, pasta, cereali. Puoi combinare i geni modificati in modo tale da ottenere, ad esempio, amido resistente, che è molto scarsamente scomposto nel corpo. Pertanto, puoi ottenere un prodotto dietetico che ha meno calorie. Con una diversa combinazione di geni, il pane si raffermerà più lentamente.

“Ora si coltiva principalmente il grano, che è universale. È adatto per entrambi, ma non è ottimale. dice Carlov. “Stiamo ottenendo forme di grano, che in futuro, speriamo, diventino varietà con le caratteristiche di consumo desiderate. Possono essere utilizzati per scopi specifici. Diciamo che uno è per la produzione di tagliatelle, l'altro è per la produzione di pane, il terzo è per i biocarburanti. In linea di principio, un certo amido viene utilizzato anche in farmacologia", ha osservato l'accademico.

area grigia

Tuttavia, gli scienziati ammettono che mentre la semina del grano modificato nei campi è ancora lontana, ciò è seriamente ostacolato dall'imperfezione della legislazione russa e mentre la modifica del genoma delle colture rimane "nella zona grigia".

"Penso che aspetteremo fino a quando le nostre varietà potranno essere registrate", afferma l'accademico Gennady Karlov. - Creare una varietà è un processo molto lungo, ci vogliono circa 10-20 anni. Ma speriamo di passare da questa parte più velocemente”.In Russia, nel 2016, è stata approvata una legge che vieta la coltivazione e l'allevamento di piante e animali geneticamente modificati in Russia, ad eccezione del lavoro scientifico.

Tuttavia, le piante che hanno subito l'editing genetico utilizzando la tecnologia CRISPR / Cas9 non sono considerate OGM "classici" da un certo numero di scuole scientifiche. Dopotutto, i "loro" geni del corpo vengono modificati e, dopo la modifica, nessuna informazione genetica aliena rimane all'interno del genoma, si tratta di cambiamenti molto più prevedibili e controllati.

Gli scienziati collegano le loro speranze con l'adozione di emendamenti alla legge sugli OGM.

"È previsto che le piante geneticamente modificate e geneticamente modificate vengano separate", afferma Gennady Karlov. - Per i geneticamente modificati, molto probabilmente, il divieto rimarrà, anche se c'è ancora la tendenza nel mondo a consentire queste piante. Ma da parte nostra, speriamo davvero che quelli geneticamente modificati siano ancora consentiti".

Gli scienziati hanno già ricevuto due brevetti per nuove tecnologie di editing. Altre due domande di brevetto sono pendenti per le stesse linee geneticamente modificate.

"Non è razionale aver paura degli organismi geneticamente modificati, non sono peggiori delle nuove varietà da riproduzione e per certi versi anche migliori in termini di sicurezza, se stiamo cercando di tenere conto di alcuni rischi sconosciuti", afferma Alexander Panchin, Dottore di ricerca senior presso l'Istituto Kharkevich per i problemi di trasmissione delle informazioni dell'Accademia delle scienze russa e membro della Commissione dell'Accademia delle scienze russa per la lotta alla pseudoscienza. - Pertanto, l'atteggiamento nei loro confronti dal punto di vista della legge dovrebbe essere lo stesso dell'atteggiamento nei confronti delle varietà da riproduzione ordinarie. Mi sembra che l'adozione di tali leggi darebbe un grande impulso all'ingegneria genetica domestica. Abbiamo molti specialisti che hanno tutte le qualifiche e le competenze necessarie per farlo, per creare. L'unica cosa che li ferma è la comprensione che non ha senso farlo in Russia, e c'è una fuga di cervelli, una fuga di personale competente, c'è una sensazione di disperazione quando gli scienziati non possono fare quello che vorrebbero fare, a beneficio dell'umanità".

Tali tecnologie devono certamente essere sviluppate almeno in caso di circostanze di forza maggiore. Basta ricordare a questo proposito la storia del COVID-19, affermano gli scienziati. Quando è apparso, la Russia è stata la prima a creare un vaccino. Questo è successo perché al NICEM loro. NF I Gamalei studiano e sviluppano da molti anni tecnologie per vaccini a base di adenovirus. E in agricoltura, nessuno è immune dall'emergere di una nuova malattia dannosa che romperà qualsiasi protezione delle varietà attuali. E lo strumento di editing sarà il più ottimale per risolvere questo problema insieme a allevatori e patologi delle piante.

Quindi il lavoro è in pieno svolgimento presso VNIISB. Al momento è stato creato un grano modificato nell'ambito del centro genomico. Ciò è stato fatto in stretta collaborazione con un team guidato da Sergey Dolgov dell'Istituto di Chimica Bioorganica RAS ed Elena Salina dell'ICG SB RAS.

In Russia, questa è la prima esperienza di successo nell'ottenimento di grano modificato.

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