“Kaedah penyuntingan genom tidak seharusnya bertentangan dengan kaedah pemilihan tradisional. "Ini agak alat baru," menekankan ketua makmal rintangan tekanan tumbuhan Institut Penyelidikan Bioteknologi Pertanian All-Rusia (VNIISB) Vasily Taranov. – Pada suatu ketika, pakar bedah melakukan pembedahan dengan pisau, kemudian mereka muncul pisau bedah, kemudian laser. Pilihan yang berbeza sepenuhnya tersedia untuk pembedahan. Jadi kejuruteraan genetik menawarkan alat yang anda boleh gunakan dan menambah baik sesuatu, tetapi ia tidak membatalkan atau menggantikan semua yang digunakan sebelum ini."
Institut Penyelidikan Bioteknologi Pertanian All-Russian (VNIISB) mengendalikan makmal untuk rintangan tekanan tumbuhan, kerja yang dijalankan dalam dua arah utama: pencarian gen yang menentukan ketahanan tumbuhan terhadap tekanan abiotik dan biotik, dan menyunting genom tanaman yang ditanam untuk meningkatkan ketahanan tekanan mereka. Kawasan penyelidikan saintis termasuk kentang dan sayur-sayuran tanah terbuka.
Kami bercakap dengan ketua makmal Vasily Taranov dan penyelidik kanan Marina Lebedeva tentang ciri-ciri dan kelebihan teknologi terkini, apakah keputusan yang boleh mereka capai dan apakah masalah pengeluar pertanian Rusia yang digunakan oleh saintis makmal untuk diselesaikan.
– Hari ini terdapat banyak perbincangan tentang keperluan untuk mempercepatkan proses pemilihan. Adalah dipercayai bahawa kaedah penyuntingan genom membolehkan ini dilakukan. Ini adalah benar?
V.T.: Adalah lebih tepat untuk mengatakan bahawa kaedah bioteknologi tidak banyak membantu untuk mempercepatkan pemilihan tetapi untuk mengembangkan keupayaan saintis. Proses mengusahakan pelbagai masih agak panjang, kerana kita bercakap tentang tumbuhan yang mempunyai kitaran hayat tertentu.
Tetapi ia menjadi mungkin bagi pakar untuk mendapatkan hasil yang amat sukar (jika tidak mustahil) dicapai menggunakan kaedah pembiakan tradisional.
Dengan bantuan pengeditan genomik, kami sengaja boleh memperkenalkan mutasi yang secara langsung mempengaruhi ciri khusus sesuatu varieti, sambil mengekalkan seluruh kompleks sifat bernilai ekonomi tidak berubah.
M.L.: Bayangkan kita ingin memperkenalkan gen rintangan daripada kentang liar ke dalam varieti yang ditanam menggunakan kaedah pembiakan tradisional. Untuk melakukan ini, pembiak baka menjalankan satu siri salib "biadab" dengan garis budaya tertentu. Masalahnya ialah bersama dengan gen rintangan, semua gen "liar" lain dipindahkan ke varieti, yang selalunya sangat tidak diingini. Kejuruteraan genetik membolehkan anda mengambil/menukar hanya satu gen yang dikehendaki.
– Terdapat pandangan bahawa walaupun kaedah penyuntingan genom telah diketahui selama kira-kira 10 tahun, ia masih belum menghasilkan hasil komersial yang ketara.
V.T.: Ini tidak sepenuhnya benar. Syarikat pembiakan terkemuka dunia menggunakan penyuntingan genom dan tidak menyembunyikannya. Tetapi kita tidak tahu apa sebenarnya yang mereka lakukan dan apa hasil yang mereka dapat.
Pencapaian tidak diiklankan kerana lebih mahal untuk dibawa ke pasaran loji yang telah diproses menggunakan kaedah kejuruteraan genetik daripada yang diperoleh secara tradisional. Dan kadang-kadang ini adalah mustahil untuk dilakukan.
Pada masa yang sama, sangat sukar untuk membuktikan bahawa penyuntingan genom digunakan untuk mencipta varieti tertentu menggunakan kaedah sedia ada.
Semasa ujian, pakar akan mencari urutan penanda dalam genom organisma; jika ia hadir, tumbuhan itu akan diiktiraf sebagai diubah suai secara genetik. Tetapi dengan penyuntingan genomik, tiada apa yang dimasukkan ke dalam genom, jadi tiada apa yang boleh ditemui.
Perubahan selalunya mempengaruhi bukan hanya satu gen, tetapi tempat tertentu dalam gen, secara harfiah satu nukleotida, satu huruf. Dan baki berbilion surat kekal seperti sedia ada. Untuk menentukan bahawa tumbuhan telah diedit, anda perlu membaca keseluruhan genomnya, dengan liputan sepuluh kali lebih tinggi daripada standard untuk menghapuskan ralat. Tiada siapa yang akan melakukan analisis yang begitu banyak dan sangat mahal, dan pembiak baka sentiasa boleh mengatakan bahawa dia memperoleh tumbuhan menggunakan mutagenesis atau pemilihan tradisional.
– M.L.: Penyuntingan genom secara umum, dan terutamanya pengalaman menggunakan teknologi ini pada tumbuhan, adalah cerita yang agak baru-baru ini.
Paling tidak kerana untuk menukar ciri anda perlu tahu apa sebenarnya dan cara mengeditnya. Ciri tumbuhan ditentukan oleh gen, selalunya satu set gen, daripadanya sasaran yang sesuai untuk penyuntingan mesti dipilih. Tetapi untuk menjelaskan fungsi dan peraturan gen tertentu yang menyumbang kepada ciri-ciri yang diminati memerlukan kajian yang kompleks dan selalunya panjang. Jika dibandingkan dengan haiwan dan manusia, kita boleh mengatakan bahawa kita tidak mengetahui banyak mekanisme molekul ciri tumbuhan (contohnya, rintangan, produktiviti, dll.) dengan baik. Pada masa yang sama, genom tumbuhan lebih besar dan lebih kompleks, yang tidak memudahkan tugas sama sekali. Walau bagaimanapun, banyak yang telah diketahui melalui penyelidikan asas dalam biologi tumbuhan, dan semakin kita memahami perkara ini, semakin banyak kemungkinan kita untuk pengubahsuaian meningkat.
Di samping itu, kita bercakap tentang kaedah yang memungkinkan untuk membetulkan ciri-ciri tertentu, tetapi bukan untuk memperkenalkan varieti baru ke pasaran, bekerja di mana, walaupun beberapa pecutan, masih mengambil masa bertahun-tahun.
– Adakah ahli bioteknologi melakukan penyuntingan gen? Bagaimanakah mereka menentukan hala tuju kerja sebenar (tujuan untuk menyunting)?
V.T.: Ahli bioteknologi mesti bekerja seiring dengan pembiak baka yang berjaya bagi tanaman yang dipilih dan, idealnya, melibatkan pengeluar pakar lain. Penternak, bersama-sama dengan petani, menetapkan tugas, penternak membantu memilih genotip yang sesuai. Kami, seterusnya, berunding dengan ahli biokimia dan ahli genetik, kami fikir apa yang boleh kami tawarkan atas dasar ini (ciri-ciri yang diperlukan tidak selalu cukup dikaji dari sudut pandangan biologi). Kami melihat apa yang sebenarnya boleh kami lakukan, menjalankan peringkat kerja kami, mengembalikan garis yang terhasil kepada pembiak baka, dan pembiak membawa hasilnya kepada varieti.
- Adakah penyuntingan genom merupakan teknologi yang mahal?
V.T.: Kos untuk mendapatkan tumbuhan bergantung pada tanaman dan sama ada tumbuhan yang terhasil disunting atau transgenik.
Jika kita bercakap tentang peralatan, maka bagi syarikat yang sudah terlibat dalam mendapatkan bahan bebas virus dan pengklonan mikro, pembelian peralatan dan reagen untuk penyuntingan genom akan menelan kos yang agak kecil. Halangan untuk memulakan kerja sedemikian mungkin bukan jumlah pelaburan yang besar, tetapi kekurangan kakitangan yang berkelayakan. Terdapat sangat sedikit orang yang boleh mengambil dan melaksanakan tugas khusus tersebut.
Dan kembali kepada kos: kemajuan teknologi dalam bidang ini sangat pantas. Kaedah penyuntingan genom, katakan, pada tahun 2012, apabila CRISPR/Cas9 ditemui (teknologi untuk menyunting genom organisma yang lebih tinggi, berdasarkan sistem imun bakteria), dan apa yang kita ada sekarang sangat berbeza. Kecekapan operasi meningkat tahun demi tahun, dan kos berkurangan.
M.L.: Ini boleh dibandingkan dengan projek penjujukan genom manusia. Genom manusia pertama telah disusun oleh konsortium antarabangsa selama 10 tahun dengan harga 2.7 bilion dolar semata-mata kerana teknologi sedemikian tersedia pada tahun 90-an. Pada masa ini, penjujukan genom manusia yang lengkap berharga kurang daripada $1000 dan mengambil masa beberapa hari.
– Mari kita teruskan bercakap tentang makmal anda, adakah ia tertumpu pada sains asas atau penyelidikan gunaan?
V.T.: Kami cuba melakukan kedua-duanya. Pada mulanya, keutamaan diberikan kepada perkara asas, tetapi kini kami cuba menerapkan perkembangan kami untuk diamalkan.
Pada masa ini, sebagai contoh, kami sedang mengkaji mekanisme ketahanan kentang terhadap virus Y. Ini adalah banyak kerja asas, tetapi jika berjaya, hasilnya akan menjadi sangat menarik untuk pemilihan varieti tahan.
M.L.: Sains asas dan sains gunaan saling berkait rapat; satu tidak boleh wujud tanpa yang lain. Jika kita tidak tahu bagaimana virus berinteraksi dengan tumbuhan, dengan protein tertentu yang mana, kita tidak akan dapat mengubahnya untuk menjadikan tumbuhan itu tahan.
Kami telah menjalankan penyelidikan mengenai virus Y sejak 2018 dan kini menghampiri fakta bahawa dalam beberapa tahun akan datang kami akan memperoleh formula untuk rintangan, dan pada masa akan datang hasil praktikal yang diperlukan: tumbuhan kentang tidak akan mensintesis protein virus, ia akan tahan terhadap virus.
– Adakah anda bekerjasama dengan syarikat pembiakan/penternak Rusia?
V.T.: Mengenai kentang, kami bekerjasama dengan pembiak muda Maria Polyakova, berkomunikasi secara aktif dengan pakar dari Kesatuan Kentang, dan mengekalkan hubungan dengan Pusat Penyelidikan Persekutuan Kentang yang dinamakan selepas itu. A.G. Lorja. Bagi kubis, kami berinteraksi dengan penternak dan penanam benih Akademi Pertanian Universiti Agrarian Negara Rusia-Moscow yang dinamakan selepas itu. K.A. Timiryazev oleh Grigory dan Socrates Monachos. Dan dalam apa yang kita lakukan di kawasan ini, kita dibimbing sepenuhnya oleh mereka.
– Dan sekali lagi mengenai virus. Marina Valerievna, pelbagai minat saintifik anda termasuk bukan sahaja virus Y. Pada tahun 2023, anda menerima geran daripada Yayasan Sains Rusia untuk menjalankan penyelidikan mengenai projek "Kajian virom kentang yang ditanam (Solanum tuberosum L.) menggunakan kaedah penjujukan throughput tinggi." Mengapa topik ini menarik?
M.L.: Kentang, pada tahap yang lebih besar daripada banyak tumbuhan lain, menderita penyakit virus, kerana ia dibiakkan secara vegetatif. Virus terkumpul dalam ubi dan diteruskan kepada generasi seterusnya, jadi viral load sentiasa berkembang. Apabila mereka mengatakan bahawa kentang merosot, inilah yang kita bincangkan.
Virus bukan sistem lengai; mereka secara aktif berinteraksi dengan kedua-dua tumbuhan perumah dan satu sama lain. Terdapat kes di mana tumbuhan yang sudah sakit dengan satu virus tertentu tidak boleh dijangkiti dengan yang lain. Dan terdapat virus yang tidak boleh menjangkiti tumbuhan sahaja; mereka bertindak hanya dengan kerjasama virus lain. Baru-baru ini, sebuah karya diterbitkan yang menerangkan bentuk virus yang membantu tumbuhan bertahan dalam kemarau. Peralihan yang tidak dijangka daripada parasitisme kepada mutualisme.
Tiada bahan kimia yang berkesan untuk memerangi penyakit virus pada kentang. Untuk meningkatkan kesihatannya, kaedah yang agak kompleks dan, yang paling penting, mahal telah dibangunkan: melalui budaya in vitro, mendapatkan mikrotuber. Tetapi hasilnya hanya bertahan untuk beberapa generasi. Untuk mencari penyelesaian lain, anda perlu mengkaji ciri-ciri virus dengan lebih terperinci, jadi kajian itu sangat, sangat relevan.
– GOST 33996-2016 “Biji kentang. Keadaan teknikal dan kaedah untuk menentukan kualiti" lima virus disenaraikan (PVK - virus kentang X; virus kentang SBK - S; virus kentang MVK - M; virus YBK - Y kentang; VSLK - virus keriting daun kentang) dan satu viroid (PSTV – viroid ubi gelendong kentang). Adakah anda akan memberi tumpuan kepada mereka?
M.L.: Projek saya menyasarkan untuk menggunakan kaedah pemprosesan tinggi untuk mengkaji virom (koleksi virus) yang terdapat pada kentang di Rusia. Ini menarik baik dari sudut pandangan kompleks virus yang berbeza yang terdapat pada satu tumbuhan, dan dari sudut pandangan kelaziman virus ini.
Secara keseluruhan, lebih daripada 50 virus yang terdapat pada kentang diketahui di dunia. Mereka yang disenaraikan dalam GOST adalah antara yang paling berbahaya, dan sebagai tambahan, mereka mempunyai tanda luaran yang jelas. Oleh itu, nekrosis mozek adalah manifestasi biasa jangkitan virus Y, dan kehadiran virus keriting daun boleh ditentukan oleh ubah bentuk ciri bilah daun.
Tetapi terdapat banyak virus yang tidak menunjukkan dirinya secara fenotip, walaupun ia juga boleh memberi kesan pada tanaman. Mereka jarang ditemui, tetapi hanya kerana mereka tidak dicari.
Sebagai contoh, saya boleh memetik hasil kerja rakan sekerja dari Institut Penyelidikan Perlindungan Tumbuhan All-Russian (VIZR). Pada 2019, mereka menerbitkan artikel mengenai penemuan virus kentang P di Rusia. Sebelum ini dipercayai ia diedarkan secara eksklusif di Amerika Selatan.
Persoalannya ialah apa yang akan kita temui jika kita tidak melihat "di bawah lampu jalan" di tempat yang terang, tetapi di mana kita belum melihat.
– Di manakah anda akan menjalankan penyelidikan anda?
M.L.: Mengikut syarat pemberian, projek itu akan mengambil masa dua tahun. Tahun lepas kami bekerjasama dengan ladang kentang di rantau Tula, mengumpul bahan, bekerja dengan pelbagai jenis dan pembiakan. Tahun ini kita akan pergi ke wilayah lain dan melihat virus apa yang terdapat di sana.
Hasil kajian akan disimpulkan pada tahun 2025, dan kami pasti akan memberitahu penanam kentang Rusia tentang mereka.