气候变化加剧了人类本已严重的饥饿威胁。据联合国预测，到2050年世界人口将达到97亿，这就需要大幅增加粮食产量。托国立科学家计划通过使用CRISPR/Cas9基因组编辑技术来提高作物产量。在它的帮助下，他们将首次在俄罗斯编辑植物基因组，以增强它们对干旱、盐度、高温和低温的抵抗力。该项目是在“2030优先计划”的支持下实施的。
“全球气候变化伴随着环境生态水平衡的破坏、盐碱地的增加和温度不稳定性的增加，托国立生物学院植物工程生物学实验室玛丽娜·埃菲莫娃（Marina Efimova）说：“水资源短缺成为普遍性问题，干旱、盐渍化成为制约农业发展的关键因素。提高具有高营养和技术价值的作物（谷物、亚麻等）的耐旱耐盐性可以通过传统育种、经典基因工程和基因组编辑三种方法实现”。
传统育种的缺点是所需时间太长。开发具有所需特性的品种可能需要10年或更长时间，而且不能保证成功。
经典基因工程对转基因植物的生产做出了重大贡献。但该技术的缺点是，将转基因引入宿主基因组是“盲目”进行的，其结果可能会破坏基因组的稳定性和表达，改变细胞代谢。例如，插入可能无法集成到预期的站点中，并导致出现不良特性。因此，使用这样的工具存在潜在的风险，这一点在涉及食用作物时必须牢记。
“工程生物学的最新趋势是CRISPR/Cas9系统，它可以让您非常准确地编辑所需的基因”，玛丽娜·埃菲莫娃（Marina Efimova）解释道：“该系统的一个显着优势还在于，它允许将构建体定点整合到基因组中，同时编辑多个基因的活性，并且生成的植物可能不含外来DNA片段”。
例如，有些微生物对各种压力条件（缺氧、高温等）具有非常高的抵抗力。使用CRISPR/Cas9系统，可以将负责表现这些性状的细菌基因整合到植物基因组中的正确位置。在一个新项目中，托国立科学家正在确定决定植物对干旱、盐度和破坏性温度的耐受性的关键调控基因。
“基因决定对应激因子的抵抗力：一些基因加强它（激活剂），其他基因削弱它（阻遏物）”，玛丽娜·埃菲莫娃（Marina Efimova）说：“在一种情况下，我们可以使用CRISPR/Cas9在去除模式下“关闭”阻遏物，从而增加植物对某个因素或一组因素的抵抗力。或者我们可以增加抗性激活剂的表达。这些基因组操作将使我们能够探索使用例如植物激素来增加抵抗力的方法。在我们的项目中，科学家们将改变植物激素的信号通路，这将使获得具有所需特性的植物成为可能”。
基因组编辑的对象将是被称为拟南芥（Arabidopsis thaliana，卷心菜科）的Talya的水芹植物。这是一个被普遍接受的模型遗传对象，其基因组几乎已完成测序，拥有超过25,000个基因。Talya是第一种在Salyut-7轨道站太空中种植的植物。
据科学家称，编辑基因组的主要任务是在植物中获得超级保持水分的性能。此性能还将帮助应对其他问题，例如氯化物盐度，因为这个问题也是由缺水引起的。
为了敲除目标基因，科学家们将不使用通常的方法，而是使用在新西伯利亚开发的方法。传统上，为了将新基因引入物体，使用“基因枪”，从中发射钨或金颗粒，在其表面应用具有必要基因结构的DNA。在“基因枪”的帮助下，粒子被发射到植物组织上。以这样的方式选择射出的力，即粒子可以穿过细胞壁并将外来DNA递送至细胞核。
“用于基因组编辑的金颗粒我们没暂时没有”，玛丽娜·埃菲莫娃(Marina Efimova)说：“它们被禁止运往俄罗斯。我们计划使用浸花法。其本质在于植物的花梗（在开放之前）下降到农杆菌悬浮液中。悬浮液中的DNA进入胚囊，进入细胞核，然后整合到植物基因组中。引入的基因构建体的特性之一是存在红色荧光蛋白。红色植物种皮的光芒表明转化成功。浸花法非常有效，不需要任何额外的设备”。
值得注意的是，目前不允许在空地上种植基因组编辑植物。同时，众所周知，经过基因组编辑的动植物不含有外源DNA，因此不存在转基因等风险。据科学家称，俄罗斯现在无法使用其他国家拥有的庞大种子库，因此国家需要建立自己的储存设施，在那里将广泛展示营养和技术特性得到改善的植物的生物多样性。因此，托国立生物学院科学家的工作是为了未来，为了确保俄罗斯人的粮食安全。 科学 生物学院 优先计划-生物技术 遗传学 食品安全