"Njia ya uhariri wa jenomu haipaswi kupingwa na mbinu za jadi za uteuzi. "Hiki ni chombo kipya," anasisitiza mkuu wa maabara ya upinzani wa mkazo wa mimea Taasisi ya Utafiti wa All-Russian ya Bioteknolojia ya Kilimo (VNIISB) Vasily Taranov. - Mara moja, madaktari wa upasuaji walifanya upasuaji kwa kisu, kisha wakatokea scalpels, kisha lasers. Chaguzi tofauti kabisa zilipatikana kwa upasuaji. Kwa hivyo uhandisi wa chembe za urithi hutoa zana ambayo unaweza kuchukua na kuboresha kitu, lakini haighairi au kuchukua nafasi ya kila kitu kilichotumiwa hapo awali.
Taasisi ya Utafiti ya All-Russian ya Bioteknolojia ya Kilimo (VNIISB) inafanya kazi maabara kwa upinzani wa mkazo wa mmea, kazi ambayo inafanywa kwa njia kuu mbili: utaftaji wa jeni ambazo huamua upinzani wa mmea kwa dhiki ya abiotic na kibaolojia, na kuhariri genome. ya mimea inayolimwa ili kuongeza upinzani wao wa mafadhaiko. Eneo la utafiti la wanasayansi linajumuisha viazi na mboga za ardhini.
Tunazungumza na mkuu wa maabara Vasily Taranov na mtafiti mkuu Marina Lebedeva kuhusu sifa na faida za teknolojia za hivi karibuni ni nini, ni matokeo gani wanaweza kufikia na matatizo gani ya wazalishaji wa kilimo wa Kirusi wanatumiwa na wanasayansi wa maabara kutatua.
- Leo kuna mazungumzo mengi juu ya hitaji la kuharakisha mchakato wa uteuzi. Inaaminika kuwa njia ya uhariri wa genome inaruhusu hii kufanyika. Hii ni kweli?
V.T.: Itakuwa sahihi zaidi kusema kwamba mbinu za kibayoteknolojia hazisaidii sana kuharakisha uteuzi kama kupanua uwezo wa wanasayansi. Mchakato wa kufanya kazi kwa anuwai bado unabaki kwa muda mrefu, kwani tunazungumza juu ya mimea ambayo ina mzunguko fulani wa maisha.
Lakini inawezekana kwa wataalam kupata matokeo ambayo itakuwa ngumu sana (ikiwa haiwezekani) kufikia kwa kutumia njia za kitamaduni za kuzaliana.
Kwa usaidizi wa uhariri wa jeni, tunaweza kukusudia kuleta mabadiliko ambayo yanaathiri moja kwa moja sifa mahususi za aina mbalimbali, huku tukiwa bado na mabadiliko changamano ya sifa muhimu za kiuchumi.
M.L.: Fikiria kuwa tunataka kuanzisha jeni sugu kutoka kwa viazi mwitu kwenye aina yetu ya kilimo kwa kutumia mbinu za kitamaduni za kuzaliana. Ili kufanya hivyo, mfugaji hubeba safu ya misalaba ya "mshenzi" na mistari fulani ya kitamaduni. Shida ni kwamba pamoja na jeni la upinzani, jeni zingine zote za "mwitu" huhamishiwa kwa anuwai, ambayo mara nyingi haifai sana. Uhandisi wa maumbile hukuruhusu kuchukua/kubadilisha jeni moja tu unayotaka.
- Kuna maoni kwamba licha ya ukweli kwamba njia ya uhariri wa genome imejulikana kwa takriban miaka 10, bado haijatoa matokeo dhahiri ya kibiashara.
V.T.: Hii si kweli kabisa. Makampuni yanayoongoza duniani ya ufugaji hutumia uhariri wa jenomu na usiifiche. Lakini hatujui wanafanya nini hasa na wanapata matokeo gani.
Mafanikio hayatangazwi kwa sababu ni ghali zaidi kuleta sokoni mtambo ambao umechakatwa kwa kutumia mbinu za uhandisi jeni kuliko ule uliopatikana kijadi. Na wakati mwingine hii haiwezekani kufanya.
Wakati huo huo, ni vigumu sana kuthibitisha kwamba uhariri wa genome ulitumiwa kuunda aina fulani kwa kutumia mbinu zilizopo.
Wakati wa jaribio, wataalamu watatafuta mlolongo wa alama katika jenomu ya kiumbe hai; ikiwa iko, mmea utatambuliwa kama umebadilishwa vinasaba. Lakini kwa uhariri wa genomic, hakuna kitu kinacholetwa kwenye genome, hivyo hakuna kitu kinachoweza kupatikana.
Mabadiliko mara nyingi huathiri sio jeni moja tu, lakini mahali maalum katika jeni, hasa nucleotide moja, barua moja. Na mabilioni ya barua iliyobaki yanabaki kama yalivyokuwa. Kuamua kuwa mmea umehaririwa, unahitaji kusoma genome yake yote, na kifuniko mara kumi zaidi kuliko kiwango cha kuondoa makosa. Hakuna mtu atafanya uchambuzi huo mkubwa na wa gharama kubwa sana, na mfugaji anaweza kusema daima kwamba alipata mmea kwa kutumia mutagenesis au uteuzi wa jadi.
-M.L.: Uhariri wa jenomu kwa ujumla, na hasa uzoefu wa kutumia teknolojia hizi kwenye mimea, ni hadithi ya hivi majuzi.
Si haba kwa sababu ili kubadilisha kipengele unahitaji kujua ni nini hasa na jinsi ya kukihariri. Tabia za mmea zimedhamiriwa na jeni, mara nyingi seti ya jeni, ambayo malengo yanayofaa ya uhariri lazima ichaguliwe. Lakini kufafanua kazi na udhibiti wa jeni mahususi zinazochangia sifa za kupendeza kunahitaji masomo changamano na mara nyingi marefu. Ikilinganishwa na wanyama na wanadamu, tunaweza kusema kwamba hatujui mifumo mingi ya molekuli ya sifa za mimea (kwa mfano, upinzani, tija, nk) vizuri sana. Wakati huo huo, genome za mmea ni kubwa na ngumu zaidi, ambayo hairahisishi kazi hata kidogo. Hata hivyo, mengi tayari yanajulikana kupitia utafiti wa kimsingi katika biolojia ya mimea, na kadiri tunavyoelewa hili, ndivyo uwezekano wetu wa kurekebisha unavyoongezeka.
Kwa kuongezea, tunazungumza juu ya njia ambayo inafanya uwezekano wa kusahihisha sifa fulani, lakini sio kuanzisha aina mpya kwenye soko, kazi ambayo, licha ya kuongeza kasi, bado inachukua miaka.
- Je, wanateknolojia hufanya uhariri wa jeni? Je, wanatambuaje mwelekeo halisi wa kazi (lengo la kuhariri)?
V.T.: Mtaalamu wa kibayoteknolojia lazima afanye kazi sanjari na mfugaji aliyefaulu wa zao lililochaguliwa na, kwa hakika, ahusishe wazalishaji wengine waliobobea. Mfugaji, pamoja na wakulima, huweka kazi, mfugaji husaidia kuchagua genotypes zinazofaa. Sisi, kwa upande wake, tunashauriana na biochemists na geneticists, tunafikiri nini tunaweza kutoa kwa msingi huu (sifa muhimu sio daima kujifunza kutosha kutoka kwa mtazamo wa kibiolojia). Tunaangalia kile tunaweza kufanya kweli, kutekeleza hatua yetu ya kazi, kurudi mstari unaosababisha kwa mfugaji, na mfugaji huleta matokeo kwa aina mbalimbali.
- Je, uhariri wa jenomu ni teknolojia ya gharama kubwa?
V.T.: Gharama ya kupata mmea inategemea mazao na ikiwa mmea unaosababishwa umehaririwa au wa transgenic.
Ikiwa tunazungumza juu ya vifaa, basi kwa kampuni ambayo tayari inahusika katika kupata nyenzo zisizo na virusi na microcloning, ununuzi wa vifaa na vitendanishi vya uhariri wa genome utagharimu kiasi kidogo. Kikwazo cha kuanza kazi hiyo inaweza kuwa si kiasi kikubwa cha uwekezaji, lakini ukosefu wa wafanyakazi wenye sifa. Kuna watu wachache sana ambao wanaweza kuchukua na kutekeleza kazi hiyo maalum.
Na kurudi kwa gharama: maendeleo ya teknolojia katika eneo hili ni ya haraka sana. Mbinu za uhariri wa genome, sema, mwaka wa 2012, wakati CRISPR/Cas9 iligunduliwa (teknolojia ya kuhariri jenomu za viumbe vya juu, kulingana na mfumo wa kinga wa bakteria), na kile tulicho nacho sasa ni tofauti sana. Ufanisi wa uendeshaji huongezeka mwaka hadi mwaka, na gharama hupungua.
M.L.: Hii inaweza kulinganishwa na mradi wa mpangilio wa jenomu za binadamu. Jenomu ya kwanza ya binadamu ilipangwa na muungano wa kimataifa kwa miaka 10 kwa dola bilioni 2.7 kwa sababu tu teknolojia kama hizo zilipatikana katika miaka ya 90. Hivi sasa, mpangilio wa jenomu kamili ya binadamu hugharimu chini ya $1000 na huchukua siku kadhaa.
- Wacha tuendelee kuongea juu ya maabara yako, inazingatia sayansi ya kimsingi au utafiti uliotumika?
V.T.: Tunajaribu kufanya zote mbili. Hapo awali, mambo ya msingi yalipewa kipaumbele, lakini sasa tunajaribu kutumia maendeleo yetu katika mazoezi.
Kwa sasa, kwa mfano, tunasoma taratibu za upinzani wa viazi kwa virusi Y. Hii ni kazi nyingi za msingi, lakini ikiwa imefanikiwa, matokeo yatakuwa ya kuvutia sana kwa uteuzi wa aina sugu.
M.L.: Sayansi ya kimsingi na inayotumika imeunganishwa kwa karibu; moja haiwezi kuwepo bila nyingine. Ikiwa hatujui jinsi virusi huingiliana na mmea, ambayo protini maalum hutumika, hatutaweza kuzibadilisha ili kufanya mmea kuwa sugu.
Tumekuwa tukifanya utafiti juu ya virusi Y tangu 2018 na sasa tunakaribia ukweli kwamba katika miaka michache ijayo tutapata fomula ya upinzani, na katika siku zijazo matokeo muhimu ya vitendo: mmea wa viazi hautaunganisha protini za virusi. itakuwa sugu kwa virusi.
- Je, unashirikiana na makampuni / wafugaji wa Kirusi wa kuzaliana?
V.T.: Juu ya viazi, tunafanya kazi na mfugaji mdogo Maria Polyakova, kuwasiliana kikamilifu na wataalam kutoka Umoja wa Viazi, na kudumisha mawasiliano na Kituo cha Utafiti cha Shirikisho la Viazi kilichoitwa baada yake. A.G. Lorja. Kuhusu kabichi, tunaingiliana na wafugaji na wakulima wa mbegu wa Chuo Kikuu cha Kilimo cha Jimbo la Urusi-Chuo cha Kilimo cha Moscow kilichoitwa baada yake. K.A. Timiryazev na Grigory na Socrates Monachos. Na katika kile tunachofanya katika eneo hili, tunaongozwa nao kabisa.
- Na tena kuhusu virusi. Marina Valerievna, anuwai ya masilahi yako ya kisayansi inajumuisha sio virusi tu Y. Mnamo 2023, ulipokea ruzuku kutoka kwa Wakfu wa Sayansi ya Urusi kufanya utafiti kuhusu mradi wa "Utafiti wa viazi zilizopandwa (Solanum tuberosum L.) kwa kutumia mbinu za upangaji matokeo ya juu." Kwa nini mada hii inavutia?
M.L.: Viazi, kwa kiwango kikubwa zaidi kuliko mimea mingine mingi, inakabiliwa na magonjwa ya virusi, kwa vile huenezwa kwa mimea. Virusi hujilimbikiza kwenye mizizi na hupitishwa kwa vizazi vijavyo, kwa hivyo mzigo wa virusi unakua kila wakati. Wanaposema kwamba viazi vinapungua, hii ndiyo hasa tunayozungumzia.
Virusi sio mifumo ya ajizi; huingiliana kikamilifu na mmea mwenyeji na kila mmoja. Kuna matukio ambapo mmea ambao tayari ni mgonjwa na virusi moja maalum hauwezi kuambukizwa na mwingine. Na kuna virusi ambazo haziwezi kuambukiza mmea peke yake; hufanya tu kwa ushirikiano na virusi vingine. Hivi majuzi, kazi ilichapishwa inayoelezea aina za virusi ambazo husaidia mimea kustahimili ukame. Mpito kama huo usiotarajiwa kutoka kwa vimelea hadi kuheshimiana.
Hakuna kemikali za ufanisi za kupambana na magonjwa ya virusi kwenye viazi. Ili kuboresha afya yake, ngumu kabisa na, muhimu zaidi, mbinu za gharama kubwa zimeandaliwa: kupitia utamaduni wa vitro, kupata microtubers. Lakini matokeo hudumu kwa vizazi vichache tu. Ili kupata ufumbuzi mwingine, unahitaji kujifunza sifa za virusi kwa undani zaidi, hivyo utafiti ni muhimu sana.
- GOST 33996-2016 "Viazi za mbegu. Masharti ya kiufundi na mbinu za kuamua ubora" virusi tano zimeorodheshwa (PVK - X viazi virusi; SBK - S viazi virusi virusi; MVK - M viazi virusi vya; YBK - Y viazi virusi; VSLK - leaf curl virus viazi) na viroid moja (PSTV - viazi spindle tuber viroid). Je, utazizingatia?
M.L.: Mradi wangu unalenga kutumia njia za juu-throughput kusoma wale viromes (mkusanyiko wa virusi) ambayo ni sasa juu ya viazi katika Urusi. Hii ni ya kuvutia wote kutoka kwa mtazamo wa nini complexes ya virusi tofauti hupatikana kwenye mmea mmoja, na kutoka kwa mtazamo wa kuenea kwa virusi hivi.
Kwa jumla, zaidi ya virusi 50 vinavyopatikana kwenye viazi vinajulikana duniani. Wale waliotajwa katika GOST ni kati ya hatari zaidi, na kwa kuongeza, wana ishara wazi za nje. Kwa hivyo, necrosis ya mosaic ni udhihirisho wa kawaida wa maambukizi ya virusi Y, na kuwepo kwa virusi vya curl ya jani kunaweza kuamua na deformation ya tabia ya majani ya majani.
Lakini kuna virusi nyingi ambazo hazijidhihirisha kwa njia ya kawaida, ingawa zinaweza pia kuwa na athari kwenye mazao. Hazigunduliwi mara chache, lakini kwa sababu hazitafutwa.
Kwa mfano, ninaweza kutaja kazi ya wenzangu kutoka Taasisi ya Utafiti wa All-Russian ya Ulinzi wa Mimea (VIZR). Mnamo 2019, walichapisha nakala kuhusu ugunduzi wa virusi vya viazi P nchini Urusi. Hapo awali iliaminika kuwa ilisambazwa Amerika Kusini pekee.
Swali ni je, tutagundua nini ikiwa hatutazami “chini ya mwanga wa barabarani” palipo na mwanga, lakini pale ambapo bado hatujatazama.
- Utafanyia wapi utafiti wako?
M.L.: Kulingana na masharti ya ruzuku, mradi utachukua miaka miwili. Mwaka jana tulishirikiana na shamba la viazi katika mkoa wa Tula, nyenzo zilizokusanywa, zilifanya kazi na aina tofauti na uzazi. Mwaka huu tutaenda mikoa mingine tuone ni virusi gani vinapatikana huko.
Matokeo ya utafiti yatafupishwa mnamo 2025, na hakika tutawaambia wakulima wa viazi wa Kirusi juu yao.