Учёные Института молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхожина разрабатывают биотехнологию получения генетически модифицированных растений с повышенной биомассой и продуктивностью на основе оптимизации экспрессии мутированного кДНК-гена AtRPS6K2(S296E, S437E, T455E), кодирующего конститутивно активированную форму протеинкиназы рибосомного белка S6 из Arabidopsis thaliana (AtRPS6K2).
Несмотря на постоянный рост общемирового сельскохозяйственного производства, голод продолжает оставаться масштабным явлением вследствие непрерывного роста населения планеты. Кроме того, многие системы производства продовольствия в настоящее время не являются устойчивыми вследствие эрозии и засоления почв возделываемых земель, все возрастающей урбанизации, постоянно захватывающей обрабатываемые земли, глобального изменения климата и загрязнения окружающей среды. Улучшение генетических свойств возделываемых культур посредством внедрения в селекционный процесс инновационных биотехнологий, призванных повысить продуктивность ценных видов растений, позволит сбалансировать постоянно увеличивающийся спрос на все виды продукции сельскохозяйственного растениеводства и предложения производителей.
Такие биотехнологии имеют большой потенциал к существенному увеличению биомассы и урожайности растений, путем ускорения их роста, способности улавливать энергию света и преобразовать ее в полезные продукты.
Казахстанскими исследователями впервые в мире предложен подход для повышения продуктивности растений путем сайт-направленного внесения в кДНК-гена AtRPS6K2 для трех фосфомиметических замен, приводящих к конститутивному активированию кодируемой им киназы, и экспрессии этой кДНК в растениях (на примере табака). Новизна и приоритет в использовании предлагаемого нами подхода для повышения продуктивности растений подтверждается имеющимся у заявителей патентом РК.
Генетическая конструкция на базе вектора pCAMBIA2300, а также линия агробактерий, несущая бинарный вектор со встроенным кДНК-геном конститутивно активированной киназы белка RPS6, могут быть использованы для генетической трансформации хозяйственно важных видов двудольных растений с целью повышения их продуктивности. Линии табака, отличающиеся повышенной продуктивностью, могут быть использованы для эффективной наработки рекомбинантных белков методом временной экспрессии целевых генов.
Изучение молекулярных механизмов регуляции трансляции мРНК в клетках растений позволит селекционно повысить продуктивность перспективных сортов экономически значимых растительных культур. Важно, что эти механизмы значительно отличаются от таковых в клетках млекопитающих.
Разработан лабораторный регламент по созданию линий растений с повышенной продуктивностью, экспрессирующих кДНК конститутивно активной киназы 2 рибосомного белка S6 A. thaliana. Результаты апробированы в РГП «Институт генетики и физиологии» КН МОН РК и ТОО «Казахский научно-исследовательский институт плодоовощеводства»
Повышение продуктивности сельскохозяйственных культур является приоритетной задачей отечественного растениеводства. Поэтому ускорение скорости роста растений, которое, как правило, коррелирует с более ранним созреванием, чрезвычайно важно для растениеводства на аридных территориях нашей страны, чтобы сельскохозяйственные культуры могли максимально быстро развиться прежде чем завершится дождливый период года перед жарким сухим летом.
Научно-исследовательская работа Разработка биотехнологии повышения продуктивности растений посредством активации процесса биогенеза рибосом
Научный руководитель А.В. Жигайлов, ведущий научный сотрудник лаборатории белка и нуклеиновых кислот, кандидат биологических наук
На фото Образование побегов у эксплантов, трансформированных опытной (А) и контрольной (Б) конструкциями
