Разработка и имплементация в РК молекулярной биотехнологии получения экономически важных сельскохозяйственных культур с повышенной урожайностью

В Институте молекулярной биологии и биохимии им. М.А. Айтхожина в лаборатории белка и нуклеиновых кислот проводится научный проект, нацеленный на повышение урожайности пищевых и кормовых сельскохозяйственных культур с помощью геномных технологий. Руководителем проекта является ведущий ученый Жигайлов А.В.

Белок S6 (RPS6) – единственный белок 40S субчастиц эукариотических рибосом, способный фосфорилироваться. Рибосомы с фосфорилированным RPS6 могут селективно транслировать мРНК, которые кодируют большинство белков трансляционного аппарата клеток.

Главной особенностью подхода, который будет использоваться для решения поставленных в проекте задач, является то, что он не нацелен на регуляцию процессов транскрипции, репликации или клеточного деления. В качестве мишени выбран процесс рибосомогенеза и трансляция мРНК, кодирующих компоненты белоксинтезирующего аппарата клеток.

В данном проекте впервые планируется мутировать кДНК-ген протеинкиназы рибосомного белка RPS6 из Arabidopsis thaliana (AtRPS6K2) таким образом, чтобы мутированная киназа, в отличие от природной растительной киназы синтезировалась сразу  в активированном состоянии и не требовала дополнительной активации со стороны киназ верхнего эшелона. Ожидается, что растения с такой трансгенной вставкой, будут иметь более высокую продуктивность в сравнении с исходными немодифицированными растениями. Следовательно, растения должны максимально наращивать биомассу только в условиях, когда они в полной мере обеспечены ресурсами и благоприятными условиями окружающей среды. В противоположность этому, клетки ГМ растений с повышенной экспрессией генов активаторов роста и деления, как правило, продолжают активно делиться и расти даже в условиях ограниченных ресурсов, что негативно сказывается на их устойчивости к стрессовым воздействиям.

Понимание механизма RPS6K-опосредованной регуляции клеточных процессов, позволит искусственно регулировать рост и размеры клеток, а через это – повышать биомассу растений и их урожайность. Помимо данной прикладной задачи в ходе реализации проекта будет выяснено, каким образом экспрессия конститутивно активной киназы белка RPS6 повлияет на фенотип и физиологические параметры растений, что внесет вклад в фундаментальное исследование механизмов регуляции роста и развития растений.

Применяемая в проекте технология предлагается впервые в мире. Другое принципиальное отличие — использование сайт-направленного мутагенеза для повышения активности целевого белка. Таким образом, наш подход позволяет оперировать генами одного растительного объекта, избегая трансгеноза; в этом случае речь может идти о получении цис-генных растений. В дальнейшей работе мы планируем применение подхода редактирования геномов растений.