“Phương pháp chỉnh sửa bộ gen không nên trái ngược với các phương pháp chọn lọc truyền thống. “Đây thực sự là một công cụ mới,” người đứng đầu phòng thí nghiệm về khả năng chống chịu stress của cây trồng nhấn mạnh. Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học nông nghiệp toàn Nga (VNIISB) Vasily Taranov. – Ngày xửa ngày xưa, các bác sĩ phẫu thuật thực hiện các ca phẫu thuật bằng dao, rồi họ xuất hiện dao mổ, sau đó là tia laser. Các lựa chọn hoàn toàn khác nhau đã có sẵn cho phẫu thuật. Vì vậy, kỹ thuật di truyền cung cấp một công cụ mà bạn có thể sử dụng và cải tiến thứ gì đó, nhưng nó không hủy bỏ hoặc thay thế mọi thứ đã được sử dụng trước đó.”
Viện Nghiên cứu Công nghệ sinh học Nông nghiệp Toàn Nga (VNIISB) vận hành một phòng thí nghiệm về khả năng chống chịu stress sinh học của cây trồng, công việc được thực hiện theo hai hướng chính: tìm kiếm các gen xác định khả năng chống chịu stress phi sinh học và sinh học của cây trồng và chỉnh sửa bộ gen. của cây trồng nhằm nâng cao khả năng chống chịu stress của chúng. Lĩnh vực nghiên cứu của các nhà khoa học bao gồm khoai tây và rau trồng trên đất trống.
Chúng tôi nói chuyện với người đứng đầu phòng thí nghiệm Vasily Taranov và nhà nghiên cứu cấp cao Marina Lebedeva về các tính năng và lợi thế của các công nghệ mới nhất, kết quả mà chúng có thể đạt được và những vấn đề gì của các nhà sản xuất nông nghiệp Nga mà chúng được các nhà khoa học trong phòng thí nghiệm sử dụng để giải quyết.
– Ngày nay có rất nhiều thảo luận về sự cần thiết phải đẩy nhanh quá trình tuyển chọn. Người ta tin rằng phương pháp chỉnh sửa bộ gen cho phép thực hiện được điều này. Điều này có đúng không?
V.T.: Sẽ đúng hơn khi nói rằng các phương pháp công nghệ sinh học không giúp ích nhiều trong việc tăng tốc độ chọn lọc mà giúp mở rộng năng lực của các nhà khoa học. Quá trình làm việc trên nhiều loại cây vẫn còn khá dài, vì chúng ta đang nói về những loại cây có vòng đời nhất định.
Nhưng các chuyên gia có thể đạt được những kết quả cực kỳ khó (nếu không nói là không thể) đạt được khi sử dụng các phương pháp nhân giống truyền thống.
Với sự trợ giúp của chỉnh sửa bộ gen, chúng tôi có thể cố tình tạo ra một đột biến ảnh hưởng trực tiếp đến một đặc điểm cụ thể của một giống, trong khi vẫn giữ nguyên phần còn lại của tổ hợp các đặc điểm có giá trị kinh tế.
M.L.: Hãy tưởng tượng rằng chúng ta muốn đưa một gen kháng từ khoai tây hoang dã vào giống khoai tây trồng bằng phương pháp nhân giống truyền thống. Để làm được điều này, nhà lai tạo thực hiện một loạt các cuộc lai tạo của những con “man rợ” với những dòng văn hóa nhất định. Vấn đề là cùng với gen kháng, tất cả các gen “hoang dã” khác đều được chuyển sang giống, điều này thường cực kỳ không mong muốn. Kỹ thuật di truyền cho phép bạn chỉ lấy/thay đổi một gen mong muốn.
– Có quan điểm cho rằng phương pháp chỉnh sửa gen đã được biết đến khoảng 10 năm nhưng vẫn chưa mang lại kết quả thương mại đáng chú ý.
V.T.: Điều này không hoàn toàn đúng. Các công ty chăn nuôi hàng đầu thế giới sử dụng phương pháp chỉnh sửa bộ gen và không che giấu điều đó. Nhưng chúng ta không biết chính xác họ làm gì và đạt được kết quả gì.
Thành tựu không được quảng cáo vì việc đưa ra thị trường một loại cây đã được xử lý bằng phương pháp kỹ thuật di truyền sẽ đắt hơn so với cây thu được theo cách truyền thống. Và đôi khi điều này đơn giản là không thể thực hiện được.
Đồng thời, rất khó để chứng minh rằng việc chỉnh sửa bộ gen đã được sử dụng để tạo ra một giống cụ thể bằng các phương pháp hiện có.
Trong quá trình thử nghiệm, các chuyên gia sẽ tìm kiếm trình tự đánh dấu trong bộ gen của sinh vật, nếu có, cây sẽ được công nhận là cây biến đổi gen. Nhưng với việc chỉnh sửa bộ gen, không có gì được đưa vào bộ gen nên không thể tìm thấy gì.
Những thay đổi thường ảnh hưởng không chỉ đến một gen mà còn ảnh hưởng đến một vị trí cụ thể trong gen, theo nghĩa đen là một nucleotide, một chữ cái. Và hàng tỷ chữ cái còn lại vẫn được giữ nguyên. Để xác định rằng một cây đã được chỉnh sửa, bạn cần phải đọc toàn bộ bộ gen của nó, với độ bao phủ cao gấp mười lần so với tiêu chuẩn để loại bỏ lỗi. Sẽ không có ai thực hiện một cuộc phân tích đồ sộ và tốn kém như vậy, và nhà tạo giống luôn có thể nói rằng anh ta đã thu được cây trồng bằng phương pháp gây đột biến hoặc chọn lọc truyền thống.
– M.L.: Chỉnh sửa bộ gen nói chung và đặc biệt là trải nghiệm sử dụng các công nghệ này trên thực vật là một câu chuyện khá gần đây.
Ít nhất là vì để thay đổi một tính năng, bạn cần biết chính xác những gì và cách chỉnh sửa nó. Các tính trạng của thực vật được xác định bởi các gen, thường là một bộ gen, từ đó lựa chọn các mục tiêu phù hợp để chỉnh sửa. Nhưng việc làm sáng tỏ các chức năng và sự điều hòa của các gen cụ thể góp phần tạo nên những đặc điểm quan tâm đòi hỏi những nghiên cứu phức tạp và thường kéo dài. Khi so sánh với động vật và con người, chúng ta có thể nói rằng chúng ta không biết rõ nhiều cơ chế phân tử của các đặc điểm thực vật (ví dụ, sức đề kháng, năng suất, v.v.). Đồng thời, bộ gen thực vật lớn hơn và phức tạp hơn, điều này không hề đơn giản hóa công việc. Tuy nhiên, nhiều điều đã được biết đến thông qua nghiên cứu cơ bản về sinh học thực vật và chúng ta càng hiểu rõ điều này thì khả năng sửa đổi của chúng ta càng tăng lên.
Ngoài ra, chúng ta đang nói về một phương pháp có thể điều chỉnh một số đặc điểm nhất định, nhưng không thể đưa các giống mới ra thị trường, việc nghiên cứu, mặc dù có một số tốc độ tăng tốc, vẫn phải mất nhiều năm.
– Các nhà công nghệ sinh học có chỉnh sửa gen không? Làm thế nào để họ xác định được hướng đi thực tế của công việc (mục đích biên tập)?
V.T.: Nhà công nghệ sinh học phải làm việc song song với một nhà tạo giống thành công của cây trồng đã chọn và lý tưởng nhất là có sự tham gia của các nhà sản xuất chuyên môn khác. Nhà tạo giống cùng với người nông dân đặt ra nhiệm vụ, nhà tạo giống giúp lựa chọn các kiểu gen phù hợp. Ngược lại, chúng tôi tham khảo ý kiến của các nhà hóa sinh và nhà di truyền học, chúng tôi nghĩ những gì chúng tôi có thể cung cấp trên cơ sở này (các đặc điểm cần thiết không phải lúc nào cũng được nghiên cứu đầy đủ từ quan điểm sinh học). Chúng tôi xem xét những gì chúng tôi thực sự có thể làm, thực hiện giai đoạn công việc của mình, trả lại dòng kết quả cho nhà tạo giống và nhà tạo giống mang kết quả đến giống.
– Chỉnh sửa bộ gen có phải là một công nghệ đắt tiền?
V.T.: Chi phí để có được một cây trồng phụ thuộc vào loại cây trồng và liệu cây trồng đó được chỉnh sửa hay chuyển gen.
Nếu chúng ta nói về thiết bị, thì đối với một công ty đã tham gia vào việc thu thập vật liệu không có vi rút và vi mô, việc mua thiết bị và thuốc thử để chỉnh sửa bộ gen sẽ tốn một khoản tương đối nhỏ. Trở ngại để bắt đầu công việc như vậy có thể không phải là số tiền đầu tư quá lớn mà là do thiếu nhân sự có trình độ. Có rất ít người có thể đảm nhận và thực hiện một nhiệm vụ chuyên biệt như vậy.
Và quay trở lại vấn đề chi phí: tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực này rất nhanh. Ví dụ, các phương pháp chỉnh sửa bộ gen vào năm 2012, khi CRISPR/Cas9 được phát hiện (một công nghệ chỉnh sửa bộ gen của các sinh vật bậc cao, dựa trên hệ thống miễn dịch của vi khuẩn) và những gì chúng ta có hiện nay rất khác nhau. Hiệu quả hoạt động tăng lên hàng năm và chi phí giảm.
M.L.: Điều này có thể được so sánh với dự án giải trình tự bộ gen của con người. Bộ gen người đầu tiên đã được một tập đoàn quốc tế giải trình tự trong 10 năm với giá 2.7 tỷ đô la đơn giản vì những công nghệ như vậy đã có từ những năm 90. Hiện tại, việc giải trình tự bộ gen người hoàn chỉnh có chi phí dưới 1000 USD và mất vài ngày.
– Hãy chuyển sang nói về phòng thí nghiệm của bạn, nó tập trung vào khoa học cơ bản hay nghiên cứu ứng dụng?
V.T.: Chúng tôi cố gắng làm cả hai. Ban đầu, ưu tiên dành cho những thứ cơ bản, nhưng bây giờ chúng tôi đang cố gắng áp dụng những phát triển của mình vào thực tiễn.
Ví dụ, hiện tại, chúng tôi đang nghiên cứu cơ chế kháng vi rút Y của khoai tây. Đây là công việc rất cơ bản, nhưng nếu thành công, kết quả sẽ rất thú vị cho việc lựa chọn các giống kháng.
M.L.: Khoa học cơ bản và khoa học ứng dụng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, cái này không thể tồn tại nếu không có cái kia. Nếu chúng ta không biết virus tương tác với cây như thế nào, với loại protein cụ thể nào, chúng ta sẽ không thể thay đổi chúng để làm cho cây có khả năng kháng bệnh.
Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu về vi rút Y từ năm 2018 và hiện đang tiến gần đến thực tế là trong vài năm tới chúng tôi sẽ có được công thức kháng thuốc và trong tương lai sẽ đạt được kết quả thực tế cần thiết: cây khoai tây sẽ không tổng hợp được protein của vi rút, nó sẽ không tổng hợp được protein của vi rút. sẽ có khả năng kháng virus.
– Bạn có hợp tác với các công ty/nhà chăn nuôi Nga không?
V.T.: Về khoai tây, chúng tôi làm việc với nhà lai tạo trẻ Maria Polykova, tích cực liên lạc với các chuyên gia từ Liên minh Khoai tây và duy trì liên lạc với Trung tâm Nghiên cứu Liên bang Khoai tây được đặt theo tên. A.G. Lorja. Đối với bắp cải, chúng tôi tương tác với các nhà nhân giống và người trồng hạt giống của Đại học Nông nghiệp Nhà nước Nga-Học viện Nông nghiệp Moscow được đặt theo tên. K.A. Timiryazev của Grigory và Socrates Monachos. Và trong những gì chúng tôi làm trong lĩnh vực này, chúng tôi hoàn toàn được họ hướng dẫn.
– Và một lần nữa về virus. Marina Valerievna, mối quan tâm khoa học của bạn không chỉ bao gồm virus Y. Vào năm 2023, bạn đã nhận được khoản tài trợ từ Quỹ Khoa học Nga để thực hiện nghiên cứu về dự án “Nghiên cứu virus của khoai tây trồng (Solanum tuberosum L.) bằng phương pháp giải trình tự hiệu suất cao”. Tại sao chủ đề này thú vị?
M.L.: Khoai tây, ở mức độ lớn hơn nhiều loại cây khác, bị bệnh do virus vì chúng được nhân giống sinh dưỡng. Virus tích tụ trong củ và truyền sang thế hệ sau nên tải lượng virus không ngừng tăng lên. Khi họ nói rằng khoai tây đang bị thoái hóa thì đây chính xác là những gì chúng ta đang nói đến.
Virus không phải là hệ thống trơ; chúng tương tác tích cực với cả cây chủ và lẫn nhau. Có những trường hợp cây đã bị bệnh với một loại vi-rút cụ thể nhưng không thể bị nhiễm vi-rút khác. Và có những loại virus không thể lây nhiễm sang cây một mình, chúng chỉ hoạt động phối hợp với các loại virus khác. Mới gần đây, một công trình đã được xuất bản mô tả các dạng virus giúp thực vật sống sót sau hạn hán. Thật là một sự chuyển đổi bất ngờ từ chủ nghĩa ký sinh sang chủ nghĩa tương hỗ.
Không có hóa chất hiệu quả để chống lại bệnh do virus trên khoai tây. Để cải thiện sức khỏe của nó, các phương pháp khá phức tạp và quan trọng nhất là đắt tiền đã được phát triển: thông qua nuôi cấy in vitro, thu được vi củ. Nhưng kết quả chỉ kéo dài được vài thế hệ. Để tìm ra giải pháp khác, bạn cần nghiên cứu chi tiết hơn các đặc điểm của virus, vì vậy nghiên cứu này rất, rất phù hợp.
– GOST 33996-2016 “Hạt giống khoai tây. Điều kiện kỹ thuật và phương pháp xác định chất lượng” liệt kê XNUMX loại virus (PVK - X virus khoai tây; SBK - virus khoai tây S; MVK - virus khoai tây M; YBK - virus khoai tây Y; VSLK - virus xoăn lá. khoai tây) và một viroid (PSTV – viroid củ khoai tây). Bạn sẽ tập trung vào chúng chứ?
M.L.: Dự án của tôi nhằm mục đích sử dụng các phương pháp hiệu suất cao để nghiên cứu các virome (bộ sưu tập vi rút) hiện diện trên khoai tây ở Nga. Điều này thật thú vị cả từ quan điểm về những phức hợp của các loại vi-rút khác nhau được tìm thấy trên một cây và từ quan điểm về mức độ phổ biến của các loại vi-rút này.
Tổng cộng, hơn 50 loại virus được tìm thấy trên khoai tây đã được biết đến trên thế giới. Những thứ được liệt kê trong GOST là một trong những loại nguy hiểm nhất và ngoài ra chúng còn có các dấu hiệu bên ngoài rõ ràng. Do đó, hoại tử khảm là biểu hiện phổ biến của nhiễm virus Y và sự hiện diện của virus xoăn lá có thể được xác định bằng sự biến dạng đặc trưng của phiến lá.
Nhưng có nhiều loại virus không biểu hiện về kiểu hình, mặc dù chúng cũng có thể ảnh hưởng đến cây trồng. Chúng hiếm khi được phát hiện mà chỉ vì chúng không được tìm kiếm.
Để làm ví dụ, tôi có thể trích dẫn công việc của các đồng nghiệp từ Viện Nghiên cứu Bảo vệ Thực vật Toàn Nga (VIZR). Năm 2019, họ xuất bản một bài báo về việc phát hiện virus khoai tây P ở Nga, trước đây người ta tin rằng nó chỉ được phân phối ở Nam Mỹ.
Câu hỏi đặt ra là chúng ta sẽ khám phá được điều gì nếu không nhìn “dưới ánh đèn đường” nơi có ánh sáng mà là nơi chúng ta chưa nhìn tới.
– Bạn sẽ tiến hành nghiên cứu ở đâu?
M.L.: Theo các điều khoản của khoản tài trợ, dự án sẽ mất hai năm. Năm ngoái, chúng tôi đã hợp tác với một trang trại khoai tây ở vùng Tula, thu thập nguyên liệu, nghiên cứu các giống và nhân giống khác nhau. Năm nay chúng tôi sẽ đi đến các khu vực khác và xem những loại virus nào được tìm thấy ở đó.
Kết quả nghiên cứu sẽ được tổng hợp vào năm 2025 và chúng tôi chắc chắn sẽ thông báo cho những người trồng khoai tây ở Nga về chúng.