После десяти лет работы, направленной на создание средств борьбы с болезнью растений — позеленением цитрусовых (вызывается бактерией Candidatus Liberibacter), исследователи из Института пищевой промышленности и сельскохозяйственного производства при университете штата Флорида (University of Florida’s Institute of Food and Agricultural Sciences) создали генетически модифицированные цитрусовые деревья с повышенной устойчивостью к позеленению и, в перспективе, другим болезням — некрозу плодовых деревьев и чёрной пятнистости. Широкое внедрение новых сортов может начаться через несколько лет.
Геномы цитрусовых были секвенированы в 2011 году, после чего началась работа по созданию генетических модификаций, направленных на созданий стойких к болезням сортов. Джуд Гроссер (Jude Grosser), профессор генетики клеток растений в центре изучения цитрусовых IFAS, и Манжул Датт (Manjul Dutt), научный сотрудник центра изучения цитрусовых, воспользовались для этого выделенным из арабидопсиса геном. Были получены деревья, которые обладают повышенной устойчивостью к позеленению. Это выражается снижением тяжести заболевания в случае заражения, но несколько деревьев, посаженные рядом с большим количеством поражённых деревьев, остались нетронутыми инфекцией (эксперимент продолжался 36 месяцев). Отчёт об исследовании опубликован в журнале PLOS ONE.
«Повышение урожайности цитрусовых с помощью методов традиционной селекции — сложный и трудоёмкий процесс из-за долгой ювенильной фазы цитрусовых, которая может варьироваться от четырёх до двенадцати лет, — говорит Гроссер. — Совершенствование цитрусовых с помощью генной инженерии по-прежнему самый быстрый способ улучшения существующих сортов цитрусовых и является ключевым компонентом стратегии генетического улучшения растений, принятой университетом Флориды».
Позеленение цитрусовых может разрушить производство цитрусовых во Флориде (рынок оценивается более чем в 10 млрд долларов). Бактерия проникает в дерево через насекомое-паразита — крошечная Азиатская цитрусовая тля (Diaphorina citri) высасывает из листьев сок и заражает дерево. Бактерии распространяются по дереву через флоэму. Болезнь истощает дерево, повреждает его корни, плоды вырастают зелёными и деформированными, непригодными для продажи и даже для производства сока. Заражённые растения в конце концов погибают, и болезнь уже затронула миллионы цитрусовых деревьев в Северной Америке.
Позеленение цитрусовых было впервые обнаружено во Флориде в 2005 году. По оценкам центра изучения цитрусовых, Флорида потеряла более 40 000 га посадок цитрусовых, что стоило индустрии 3,6 млрд долларов за период с 2007 года.
Исследовательская команда Гроссера и Датта использовала сорта апельсинов Валенсия и Гамлин и создала растения с модифицированным механизмом системной приобретённой устойчивости (Systemic acquired resistance, SAR). Она обеспечивает защиту против широкого спектра микроорганизмов и связана с выработкой анти-патогенных белков. Ранее были созданы трансгенные растения с модифицированной SAR, которые могут защитить себя от некроза плодовых деревьев.
Устойчивость к позеленению оценивалась двумя способами.
Во-первых, несколько сотен деревьев (клонов нескольких независимых линий трансгенных растений) находились в течение двух лет в теплицах с большим количеством тли — переносчика Candidatus Liberibacter. Деревья регулярно подрезали и удобряли, чтобы стимулировать рост листьев. Эти деревья проверялись каждые шесть месяцев в течение двух лет на наличие позеленения. Насекомые также проверялись в ходе данного исследования на присутствие болезнетворных бактерий.
Примерно 45% деревьев, получившие ген арабидопсиса, оказались способны противостоять позеленению. В трёх трансгенных линиях бактерия не была обнаружена вообще. Деревья из контрольной группы были поражены озеленением в течение шести месяцев и оставались больными в течение всего срока исследования.
Во втором параллельные исследовании, отобранные трансгенные и контрольные деревья были клонированы, выращены и посажены в областях, где 90% деревьев заражены позеленением. Эти деревья аналогичным образом обследовались каждые шесть месяцев в течение трёх лет на наличие Candidatus Liberibacter.
В этом исследовании три трансгенные линии оставались здоровыми, росли и выпускали новые побеги, несмотря на то, что периодически заражались Candidatus Liberibacter. Приобретённая устойчивость позволила деревьям побороть инфекцию.
«В дополнение к устойчивости к позеленению, эта трансгенная линия потенциально может защитить наши деревья от других опасных для цитрусовых грибковых и бактериальных болезней, таких как некроз и чёрная пятнистость», — говорит Датт.
Следующим шагом команды будет внедрение гена, защищающего от позеленения, в другие коммерческие сорта и подвои, обычные для Флориды. Кроме того, исследователи должны обеспечить устойчивость растений к бактерии, основанную на совершенно другом механизме. Это предотвратит возможность изменения бактерии и преодоления ею защиты растения. Таким образом, пройдёт несколько лет, прежде чем новые сорта деревьев будут доступны для коммерческого использования.
