Достижения и будущие перспективы таргетного мутагенеза у ячменя

Abstract

Технологии таргетного мутагенеза, обычно обозначаемые термином «редактирование генома», стремительно превратились в преобразующие инструменты селекции сельскохозяйственных культур. Современное растениеводство сталкивается с нарастающими вызовами, такими как изменение климата, появление новых болезней и меняющиеся требования к качеству, что порождает настоятельную потребность в селекционных подходах, обеспечивающих более точное генетическое улучшение в более сжатые сроки. Таргетный мутагенез, способный вносить мутации точно и эффективно, начался с разработки мегануклеаз и в дальнейшем развивался через ZFN, TALEN и системы CRISPR/Cas. Недавние технологические достижения, включая мультиплексное редактирование и ДНК-свободное редактирование генома, сделали прямую модификацию элитных сортов всё более осуществимой, помогая преодолеть давние барьеры, связанные с генотипической зависимостью и сложностью полиплоидных геномов. К настоящему времени таргетный мутагенез применён к широкому кругу селекционных задач, включая устойчивость к болезням, толерантность к абиотическим стрессам, признаки, связанные с урожайностью, и признаки качества. Более того, машинное обучение и искусственный интеллект (ИИ) начинают способствовать выбору мишеней и предсказанию фенотипа, открывая эпоху, в которой редактирование генома может быть интегрировано в селекционные программы более рационально и эффективно. Эти научные достижения совпадают с нормативными сдвигами во многих странах в направлении смягчения ограничений на новые геномные технологии (НГТ), в частности за счёт приравнивания отредактированных по геному культур категории SDN-1 к культурам, полученным методами традиционной селекции. Ожидается, что такие изменения ускорят полевые испытания, коммерциализацию и международное сотрудничество. Тем не менее сохраняется ряд проблем, включая узкие места в эффективности трансформации, оценку нецелевых (off-target) эффектов, контроль сложных признаков, общественное принятие и неурегулированные детали нормативной базы. Несмотря на это, редактирование генома готово стать центральной технологией селекции зерновых культур следующего поколения, обеспечивая создание сортов с более высокой устойчивостью, продуктивностью и адаптируемостью к разнообразным потребностям промышленности.