Модификация генома растений методами генетической инженерии: направления и пути развития

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Развитие и совершенствование методов молекулярной и клеточной биологии существенно расширило возможности исследователей по модификации геномов растительных клеток и послужило основой для развития новых технологий получения рекомбинантных белков, используемых в фармацевтике и других отраслях народного хозяйства, а также стимулировало создание новых высокоурожайных сортов важных сельскохозяйственных культур, устойчивых к неблагоприятным абиотическим и биотическим факторам среды. Перенос генов в растительный геном из других гетерологичных систем поставил перед исследователями ряд вопросов, связанных с функционированием трансгенов в новом окружении генома-реципиента, а также с их влиянием на функционирование собственных генов растения. За последние сорок лет с момента получения первого трансгенного растения возможности этих технологий были существенно углублены и расширены за счет разработки методов геномного редактирования, основанных на системе CRISPR/Cas. Это позволило не только изменять функционирование целевых генов путем нокаутов или исправлять нежелательные мутации, но и вносить гены интереса в заданные исследователем районы-мишени растительного генома. В предлагаемом обзоре рассматриваются основные этапы исследований по модификации геномов растений за последние сорок лет, с акцентом не только на практическую значимость созданных агробиотехнологий, но и на важность для фундаментальных исследований функционирования генов и выявления структурных особенностей организации генома растений.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. В. Дейнеко

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук”

Author for correspondence.
Email: deineko@bionet.nsc.ru
Russian Federation, Новосибирск

References

  1. Herrera-Estrella L., Depicker A., Van Montagu M., Schell J. Expression of chimaeric genes transferred into plant cells using a Ti-plasmid-derived vector // Nature. 1983. V. 303. N. 5914. P. 209. https://doi.org/10.1038/303209a0
  2. Kamthan A., Chaudhuri1 A., Kamthan M., Datta A. Genetically modified (GM) crops: milestones and new advances in crop improvement // Theor. Appl. Genet. 2016. V. 129. P. 1639. https://doi.org/10.1007/s00122–016–2747–6
  3. Marone D., Mastrangelo A. M., Borrelli G. M. From transgenesis to genome editing in crop improvement: applications, marketing, and legal issues // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24: 7122. https://doi.org/10.3390/ijms24087122
  4. Zahmanova G, Aljabali A., Takova K, Minkov G, Tambuwala M., Minkov I., Lomonossoff G. Green biologics: harnessing the power of plants to produce pharmaceuticals // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 17575. https://doi.org/10.3390/ijms242417575
  5. Eidenberger L., Kogelmann B., Steinkellner H. Plant-based biopharmaceutical engineering // Nat. Rev. Bioeng. 2023. V. 1. P. 426. https://doi.org/10.1038/s44222–023–00044–6
  6. Агробиотехнологии в мире / Под ред. К. Г. Скрябина. Москва: Рост Медиа. 2009. C. 126.
  7. James C.M., Krattiger A. F. The first decade of crop biotechnology in global review of the field testing and commercialization of transgenic plants: 1986 to 1995 / ISAAA: Ithaca, NY, USA. 1996. V. 1.
  8. Kramer M.G., Redenbaugh K. Commercialization of a tomato with an antisense polygalacturonase gene: the FLAVR SAVR™ tomato story // Euphytica. 1994. V. 79. P. 293.
  9. James C. Global review of commercialized transgenic crops: 1998. ISAAA Briefs № 8. ISAAA: Ithaca, NY. 1998.
  10. James C. Global status of commercialized Biotech/GM Crops: 2010. ISAAA Briefs № 42. ISAAA: Ithaca, NY. 2010.
  11. AgbioInvestor.Global GM Crop Area Review May 2023. AgbioInvestor: Pathhead, UK, 2023. https://gm.agbioinvestor.com/downloads
  12. Zagorskaya A.A., Deineko E. V. Plant-expression systems: a new stage in production of biopharmaceutical preparations // Russ. J. Plant Physiol. 2021. V. 68. P. 17. https://doi.org/10.1134/S1021443721010210
  13. Hood E.E., Kusnadi A., Nikolov Z., Howard J. Molecular farming of industrial proteins from transgenic maize // Chemicals via Higher Plant Bioengineering / Eds. F. Shahidi et al. New York: Plenum. 1999. P. 127.
  14. Kusnadi A.R., Evangelista R., Hood E., Howard J., Nikolov Z. Processing of transgenic corn seed and its effect on the recovery of recombinant glucuronidase // Biotechnol. Eng. 1998. V. 60. P. 44.
  15. Hood E.E., Witcher D. R., Maddock S., Meyer T., Baszczynski C., Bailey M., Flynn P., Register J., Marshall L., Bond D., Kulisek E., Kusnadi A., Evangelista R., Nikolov Z., Wooge C. et al. Commercial production of avidin from transgenic maize: characterization of transformant, production, processing, extraction and purification // Mol. Breed. 1997. V. 3. P. 291.
  16. Witcher D., Hood E., Peterson D., Bailey M., Bond D., Kusnadi A., Evangelista R., Nikolov Z., Wooge C., Mehigh R., Kappel W., Register J., Howard J. A. Commercial production β-glucuronidase (GUS): a model system for the production of proteins in plants // Mol. Breed. 1998. V. 4. P. 301.
  17. D’Aoust M.A., Couture M. M., Charland N, Trépanier S., Landry N., Ors F., Vézina L. P. The production of hemagglutininbased virus-like particles in plants: a rapid, efficient and safe response to pandemic influenza // Plant Biotechnol. J. 2010. V. 8. P. 607. https://doi.org/10.1111/j.1467–7652.2009.00496.x
  18. Ward B.J., Séguin A., Couillard J., Trépanier S., Landry N. Phase III: randomized observer-blind trial to evaluate lot-to-lot consistency of a new plant-derived quadrivalent virus like particle influenza vaccine in adults 18–49 years of age // Lancet. 2021. V. 396. P. 1491. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2021.01.004
  19. Stander J., Mbewana S., Meyers A. E. Plant-derived human vaccines: recent developments // BioDrugs. 2022. V. 36. P. 573. https://doi.org/10.1007/s40259–022–00544–8
  20. Su H., van Eerde A., Rimstad E., Bock R., Branza-Nichita N., Yakovlev I. A., Clarke J. L. Plant-made vaccines against viral diseases in humans and farm animals // Front. Plant Sci. 2023. V. 14: 1170815. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1170815
  21. Rybicki E. P. Plant molecular farming of virus-like nanoparticles as vaccines and reagents // Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 2020. V. 12: e1587. https://doi.org/10.1002/wnan.1587
  22. Huebbers J.W., Buyel J. F. On the verge of the market – plant factories for the automated and standardized production of biopharmaceuticals // Biotechnol. Adv. 2021. V.46: 107681. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2020.107681
  23. Schillberg S., Raven N., Fischer R., Twyman R. M., Schiermeyer A. Molecular farming of pharmaceutical proteins using plant suspension cell and tissue cultures // Curr. Pharm. Des. 2013. V. 19. P. 5531.
  24. Corbin J. M., McNulty M.J., Macharoen K., McDonald K.A, Nandi S. Тechnoeconomic analysis of semicontinuous bioreactor production of biopharmaceuticals in transgenic rice cell suspension cultures // Biotechnol. Bioeng. 2020. V. 117. P. 3053. https://doi.org/10.1002/bit.27475
  25. Kopertekh L., Wilhelm R. Biosafety, risk analysis, and regulatory framework for molecular farming in Europe // Techniques of Plant Molecular Farming. Concepts and Strategies in Plant Sciences / Eds. C. Kole et al. Tools & Springer. 2023. P. 359. https://doi.org/10.1007/978–981–99–4859–8_14
  26. Gao F., Wen W., Liu J., Rasheed A., Yin G., Xia X., Wu X., He Zh. Genome-wide linkage mapping of QTL for yield components, plant height and yield-related physiological traits in the chinese wheat cross zhou 8425B/Chinese spring // Front. Plant Sci. 2015. V. 6. P. 1099. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.01099
  27. Soriano J.M., Alvaro F. Discovering consensus genomic regions in wheat for root-related traits by QTL metaanalysis // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 10537. https://doi.org/10.1038/s41598–019–47038–2
  28. Rozanova I.V., Khlestkina E. K. NGS sequencing in barley breeding and genetic studies // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2020. V. 24. P. 348. https://doi.org/ 10.18699/VJ20.627
  29. Stepochkin P.I., Gordeeva E. I., Khlestkina Е. K. Marker-assisted breeding of hybrid lines of Triticum dicoccon (Schrank) Schuebl. × Triticum aethiopicum Jakubz. with purple grain // Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2023. V. 184. P. 139. https://doi.org/10.30901/2227–8834–2023–2–139–148
  30. Xu Y., Liu X., Fu J., Wang H., Wang J., Huang C., Prasanna B. M., Olsen M. S., Wang G., Zhang A. Enhancing genetic gain through genomic selection: from livestock to plants // Plant Communications. 2020. V. 1. P. 100005. https://doi.org/10.1016/j.xplc.2019.100005
  31. Sandhu K.S., Merrick L. F., Sankaran S., Zhang Z., Carter A. H. Prospectus of genomic selection and phenomics in cereal, legume and oilseed breeding programs // Front. Genet. 2022. V. 12. P. 829131. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.829131
  32. Lebedev V.G., Lebedeva T. N., Chernodubov A. I., Shestibratov K. A. Genomic selection for forest tree improvement: methods, achievements and perspectives // Forests. 2020. V. 11. P. 1190. https://doi.org/10.3390/f11111190
  33. Shimatani Z., Nishizawa-Yokoi A., Endo M., Toki S., Terada R. Positive-negative-selection-mediated gene targeting in rice // Front. Plant Sci. 2015. V. 5. P. 748. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00748
  34. Nester E. W. Agrobacterium: nature’s genetic engineer // Front. Plant Sci. 2015. V. 5. P. 730. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00730
  35. Chu P., Agapito-Tenfen S. Z. Unintended genomic outcomes in current and next generation gm techniques: a systematic review // Plants. 2022. V. 11. https://doi.org/10.3390/plants11212997
  36. Jupe F., Rivkin A. C., Michael T. P., Zander M., Motley S. T., Sandoval J. P., Keith Slotkin R., Chen H., Castanon R., Nery J. R., Ecker J. R. The complex architecture and epigenomic impact of plant T-DNA insertions // PLoS Genet. 2019. V. 15. P. 1. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007819.
  37. Дейнеко Е.В.. Новоселя Т. В., Загорская А. А., Филипенко Е. А., Шумный В. К. Стабильность экcпрессии и наследования гена nptII в популяции транcгенных растений табака // Доклады академии наук. 1999. Т. 369. С. 420.
  38. Dehio Ch., Schell J. Stable expression of a single-copy rolA genein transgenic Arabidopsis thaliana plants allow an exhaustive mutagenic analysis of the transgene-associated phenotype // Mol. Gen. Genet. 1993. V. 241. P. 359. https://doi.org/10.1007/BF00284689
  39. Iglesis V.A., Moscone E. A., Papp I., Neuhuber F., Michalowski S., Phelan T., Spiker S., Matzke M., Matzke A. J. Molecular and cytogenetic analyses of stably and unstably expressed transgene loci in tobacco // Plant Cell. 1997. V. 9. P. 1251. https://doi.org/10.1105/tpc.9.8.1251
  40. Matzke M.A., Neuhuber F., Matzke A. J.M. A variety of epistatic interraction can occur between partially homologous transgene loci brought together by sexual crossing // Mol. Gen. Genet. 1993. V. 236. P. 379. https://doi.org/10.1007/BF00277137
  41. Matzke A.J.M., Neuhuber F., Park Y. D., Ambros P. F., Matzke M. A. Homology-dependent gene silencing in transgenic plants: epistatic silencing loci contain multiple copies of metilated transgenes // Mol. Gen. Genet. 1994. V. 244. P. 218. https://doi.org/10.1007/BF00285449
  42. Rajeevkumar S, Anunanthini P., Sathishkumar R. Epigenetic silencing in transgenic plants // Front. Plant Sci. 2015. V. 6. P. 693. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00693
  43. Gelvin S. B. Integration of Agrobacterium T-DNA into the plant genome // Annu. Rev. Genet. 2017. V. 51. P. 195. https://doi.org/10.1146/annurev-genet-120215–035320
  44. Feldmann K.A. T-DNA insertion mutagenesis in Arabidopsis: mutational spectrum // Plant J. 1991. V. 1. P. 71. https://doi.org/10.1111/j.1365–313X.1991.00071.x
  45. Gang H., Li G., Zhang M., Zhao Y., Jiang J., Chen S. Comprehensive characterization of T-DNA integration induced chromosomal rearrangement in a birch T-DNA mutant // BMC Genom. 2019. V. 20. P. 1. https://doi.org/10.1186/s12864–019–5636-y
  46. Pucker B., Kleinbölting N., Weisshaar B. Large scale genomic rearrangements in selected Arabidopsis thaliana T-DNA lines are caused by T-DNA insertion mutagenesis // BMC Genom. 2021. V. 22. P. 1. https://doi.org/10.1186/s12864–021–07877–8
  47. Jinek M., Chylinski K., Fonfara I., Hauer M., Doudna J. A., Charpentier E. A programmable dual RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity // Science. 2012. V. 337. P. 816. https://doi.org/10.1126/science.1225829
  48. Zhang Y., Iaffaldano B., Qi Y. CRISPR ribonucleoprotein-mediated genetic engineering in plants // Plant Communications. V. 2. P. 100168. https://doi.org/10.1016/j.xplc.2021.100168
  49. Pramanik D., Shelake R. M., Kim M. J., Kim J. Y. CRISPR-mediated engineering across the central dogma in plant biology for basic research and crop improvement // Mol. Plant. 2021. V. 14. P. 127. https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.11.002
  50. Liu H., Chen W., Li Y., Sun L., Chai Y., Chen H., Nie H., Huang C. CRISPR/Cas9 technology and its utility for crop improvement // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 1. https://doi.org/10.3390/ijms231810442
  51. Permyakova N.V., Deineko E. V. Crop improvement: comparison of transgenesis and gene editing // Horticulturae. 2024. V. 10. P. 57. https://doi.org/10.3390/horticulturae10010057
  52. Das T., Anand U., Pal T., Mandal S., Kumar M., Radha, Gopalakrishnan A. V., Lastra J. M.P., Dey A. Exploring the potential of CRISPR/Cas genome editing for vegetable crop improvement: an overview of challenges and approaches // Biotechnol. Bioeng. 2023. V. 120. P. 1215. https://doi.org/10.1002/bit.28344
  53. Guo Y., Zhao G., Gao X., Zhang L., Zhang Y., Cai X., Yuan X. CRISPR/Cas9 gene editing technology: a precise and efficient tool for crop quality improvement // Planta. 2023. V. 258. P. 1. https://doi.org/10.1007/s00425–023–04187-z
  54. Das S., Kwon M., Kim J. Y. Enhancement of specialized metabolites using CRISPR/Cas gene editing technology in medicinal plants // Front. Plant Sci. 2024. V. 15. P. 1279738. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1279738
  55. Cao H.X., Vu G. T.H., Gailing O. CRISPR/Cas genome editing and applications in forest tree breeding // Genome Modified Plants and Microbes in Food and Agriculture / Academic Press, 2024. P. 343. https://doi.org/10.1016/B978–0–443–18444–4.00001–6
  56. Rukavtsova E.B., Zakharchenko N. S., Lebedev V. G., Shestibratov K. A. CRISPR-Cas genome editing for horticultural crops improvement: advantages and prospects // Horticulturae. 2023. V. 9. P. 38. https://doi.org/10.3390/ horticulturae9010038
  57. Dong O.X., Yu S., Jain R., Zhang N., Duong P. Q., Butler C., Li Y., Lipzen A., Martin J. A., Barry K. W., Schmutz J., Tian L., Ronald P. C. Marker-free carotenoid-enriched rice generated through targeted gene insertion using CRISPR-Cas9 // Nat. Commun. 2020. V. 11. P. 1. https://doi.org/10.1038/s41467–020–14981-y
  58. Yang W., Feng H., Zhang X., Zhang J., Doonan J. H., Batchelor W. D., Xiong L., Yan J. Crop phenomics and high-throughput phenotyping: past decades, current challenges, and future perspectives // Mol. Plant. 2020. V. 13. P. 187. https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.01.00
  59. Shin S., Hyun Kim S., Wook Shin S., Marie Grav L., Ebdrup Pedersen L., Seong Lee J., Min Lee G. Comprehensive analysis of genomic safe harbors as target sitesfor stable expression of the heterologous gene in HEK293 cells // ACS Synth. Biol. 2020. V. 9. P. 1263.
  60. Hilliard W., Lee K. H. A compendium of stable hotspots in the CHO genome // Biotechnol. Bioeng. 2023. V. 120. P. 2133. https://doi.org/10.1002/bit.28390
  61. Miyata Y., Tokumoto S., Arai T., Shaikhutdinov N., Deviatiiarov R., Fuse H., Gogoleva N., Garushyants S., Cherkasov A., Ryabova A., Gazizova G., Cornette R., Shagimardanova E., Gusev O., Kikawada T. Identification of genomic safe harbors in the anhydrobiotic cell line, Pv11 // Genes. 2022. V. 13. P. 406. https://doi.org/10.3390/genes13030406
  62. Permyakova N.V., Marenkova T. V., Belavin P. A., Zagorskaya A. A., Sidorchuk Y. V., Uvarova E. A., Kuznetsov V. V., Rozov S. M., Deineko E. V. Assessment of the level of accumulation of the difn protein integrated by the knock‐in method into the region of the histone H3.3 gene of Arabidopsis thaliana // Cells. 2021. V. 10. P. 2137. https://doi.org/10.3390/cells10082137
  63. Torres C.S., Osalla M. T.B., Gopela J. L.N., Torres D. M.S. Public perception of agricultural biotechnology: 16 years after the public debates on GM crops // Department of Agriculture Biotech Program Office, International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications, Inc., College of Development Communication, UP Los Baños, and Southeast Asian Regional Center for Graduate Study and Research in Agriculture: Los Baños, Laguna, Philippines. 2023.
  64. Zhang J. Overview of global GMO development // AgNews. 25 February. 2021. https://news.agropages.com/News/NewsDetail---38175.htm
  65. Sendhil R.R., Nyika J., Yadav S., Mackolil J., Prashat R. G., Workie E., Ragupathy R., Ramasundaram P. Genetically modified foods: bibliometric analysis on consumer perception and preference // GM Crops & Food. 2022. V. 13. P. 65. https://doi.org/10.1080/21645698.2022.2038525
  66. Graham Brookes P. G. Genetically modified (GM) crop use 1996–2020: environmental impacts associated with pesticide use change // GM Crops & Food. 2022. V. 13. P. 262. https://doi.org/10.1080/21645698.2022.2118497
  67. Lebedev V., Lebedeva T., Tikhonova E., Shestibratov K. Assessing impacts of transgenic plants on soil using functional indicators: twenty years of research and perspectives // Plants. 2022. V. 11. P. 2439. https://doi.org/10.3390/plants11182439
  68. White F.F., Garfinkel D. J., Huffman G. A., Gordon M. P., Nesterer E. W. Sequence homologous to Agrobacterium rhizogenes Т-DNA in the genomes of uninfected plants // Nature. 1983. V. 301. P. 348. https://doi.org/10.1038/30348a0
  69. Matveeva T.V., Bogomaz D. I., Pavlova O. A., Nester E. W., Lutova L. A. Horizontal gene transfer from Agrobacterium to the plant Linaria in nature // Mol. Plant Microbe Interact. 2012. V. 25. P. 1542. https://doi.org/10.1094/MPMI-07–12–0169-R
  70. Zhidkin R., Zhurbenko P., Bogomaz O., Gorodilova E., Katsapov I., Antropov D., Matveeva T. Biodiversity of rolB/C-like natural transgene in the genus Vaccinium L. and its application for phylogenetic studies // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 6932. https://doi.org/10.3390/ijms24086932
  71. Chen K., Zhurbenko P., Danilov L., Matveeva T., Otten L. Conservation of an Agrobacterium cT-DNA insert in Camellia section Thea reveals the ancient origin of tea plants from a genetically modified ancestor // Front. Plant Sci. 2022 V. 13. P. 997762. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.997762
  72. Kyndt T., Quispe D., Zhai H., Jarret R., Ghislain M., Liu Q., Gheysen G., Kreuze J. F. The genome of cultivated sweet potato contains Agrobacterium T-DNAs with expressed genes: an example of a naturally transgenic food crop // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015. V. 112. P. 5844. https://doi.org/10.1073/pnas.1419685112
  73. Svoboda P. Key mechanistic principles and considerations concerning RNA interference // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 1237. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.01237
  74. Smith N.A., Singh S. P., Wang M. B., Stoutjesdijk P. A., Green A. G., Waterhouse P. M. Total silencing by intron-spliced hairpin RNAs // Nature. 2000. V. 407. P. 319. https://doi.org/10.1038/35030305
  75. Teng C., Zhang C., Guo F., Song L., Fang Y. Advances in the study of the transcriptional regulation mechanism of plant miRNAs // Life. 2023. V. 13. P. 1917. https://doi.org/10.3390/life13091917
  76. Zhang Y., Niu N., Li S., Liu Y., Xue C., Wang H., Liu M., Zhao J. Virus-induced gene silencing (VIGS) in Chinese Jujube // Plants. 2023. V.12. P. 2115. https://doi.org/10.3390/plants12112115
  77. Mestiri I., Norre F., Gallego M. E., White C. I. Multiple host-cell recombination pathways act in Agrobacterium-mediated transformation of plant cells // Plant J. 2014. V. 7. P. 511. https://doi.org/10.1111/tpj.12398
  78. Park S.Y., Vaghchhipawala Z., Vasudevan B., Lee L-Y., Shen Y., Singer K., Waterworth W. M., Zhang Z. J., West C. E., Mysore K. S., Gelvin S. B. Agrobacterium T-DNA integration into the plant genomecan occur without the activity of key non-homologousend-joining proteins // Plant J. 2015. V. 81. P. 934. https://doi.org/10.1111/tpj.12779
  79. Kleinboelting N., Huep G., Appelhagen I., Viehoever P., Li Y., Weisshaar B. The structural features of thousands of T-DNA insertion sites are consistent with a double-strand break repair-based insertion mechanism // Mol. Plant. 2015. V. 8. P. 1651. https://doi.org/10.1016/j.molp.2015.08.011
  80. Azpiroz-Leehan R., Feldmann K. A. T-DNA insertion mutagenesis in Arabidopsis: going back and forth // Trends Genet. 1997. V. 13. P. 152. https://doi.org/10.1016/S0168–9525(97)01094–9
  81. Gang H., Liu G., Zhang M., Zhao Y., Jiang J., Chen S. Comprehensive characterization of T-DNA integration induced chromosomal rearrangement in a birch T-DNA mutant // BMC Genom. 2019. V. 20. P. 311. https://doi.org/10.1186/s12864–019–5636-y
  82. Pucker B., Kleinbölting N., Weisshaar B. Large scale genomic rearrangements in selected Arabidopsis thaliana T-DNA lines are caused by T-DNA insertion mutagenesis // BMC Genom. 2021. V. 22. P. 599. https://doi.org/10.1186/s12864–021–07877–8
  83. Chen X., Dong Y., Huang Y., Fan J., Yang M., Zhang J. Whole-genome resequencing using nextgeneration and Nanopore sequencing for molecular characterization of T-DNA integration in transgenic poplar 741 // BMC Genom. 2021. V. 22. P. 329. https://doi.org/10.1186/s12864–021–07625-y
  84. Thomson G., Dickinson L., JacobY. Genomic consequences associated with Agrobacterium-mediated transformation of plants // Plant J. 2024. V. 117. P. 342. https://doi.org/10.1111/tpj.16496
  85. Permyakova N.V., Marenkova T. V., Belavin P. A., Zagorskaya A. A., Sidorchuk Y. V., Deineko E. V. CRISPR/Cas9-mediated targeted DNA integration: rearrangements at the junction of plant and plasmid DNA // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 8636. https://doi.org/10.3390/ijms2318636
  86. Matveeva T. V. Agrobacterium-mediated transformation in the evolution of plants // Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2018. V. 418. P. 421. https://doi.org/10.1007/82_2018_80
  87. Matveeva T.V., Otten L. Widespread occurrence of natural genetic transformation of plants by Agrobacterium // Plant Mol. Biol. 2019. V. 101. P. 415. https://doi.org/10.1007/s11103–019–00913-y
  88. Matveeva T.V., Sokornova S. V. Biological traits of naturally transgenic plants and their evolutional roles // Russ. J. Plant Physiol. 2017. V. 64. P. 635. https://doi.org/10.1134/S1021443717050089
  89. Khafizova G.V., Sierro N., Ivanov N. V., Sokornova S. V., Polev D. E., Matveeva T. V. Nicotiana noctiflora Hook. genome contains two cellular T-DNAs with functional genes // Plants. 2023. V. 12. P. 3787. https://doi.org/10.3390/plants12223787
  90. Vasyutkina E.A., Yugay Y. A., Grigorchuk V. P., Grishchenko O. V., Sorokina M. R., Yaroshenko Y. L., Kudinova O. D., Stepochkina V. D., Bulgakov V. P., Shkryl Y. N. Effect of stress signals and Ib-rolB/C overexpression on secondary metabolite biosynthesis in cell cultures of Ipomoea batatas // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 15100. https://doi.org/10.3390/ijms232315100
  91. Матвеева Т. В. Зачем растениям агробактериальные гены? // Экологическая генетика. 2021. Т. 19. С. 365. https://doi.org/10.17816/ecogen89905
  92. Matzke M.A., Priming M., Tronovsky J., Matzke A. J.M. Reversible methylation and inactivation of marker genes in sequentially transformed tobacco plants // EMBO J. 1989. V. 8. P. 643. https://doi.org/10.1002/i.1460–2075.1989.tb.03421.x
  93. Scheid M.O., Pazkowsky J., Potrycus I. Reversible inactivation of a transgene in Arabidopsis thaliana // Mol. Gen. Genet. 1991. V. 228. P. 104. https://doi.org/10.1007/BF00282454
  94. Finnegan J., McElroy D. Transgene inactivation: plants fight back! // Nat. Biotechnol. 1994. V. 12. P. 883. https://doi.org./10.1038/nbt0994–883
  95. Vaucheret H. Epigenetic management of self and non-self: lessons from 40 years of transgenic plants // C. R. Biol. 2023. V. 345. P. 149. https://doi.org/10.5802/crbiol.96
  96. Animasaun D.A., Lawrence J. A. Antisense RNA (asRNA) technology: the concept and applications in crop improvement and sustainable agriculture // Mol. Biol. Rep. 2023. V. 50. P. 9545. https://doi.org/10.1007/s11033–023–08814–6
  97. Rajput M., Choudhary K., Kumar M., Vivekanand V., Chawade A., Ortiz R., Pareek N. RNA interference and CRISPR/Cas gene editing for crop improvement: paradigm shift towards sustainable agriculture // Plants. 2021. V. 10. P. 1914. https://doi.org/10.3390/plants10091914
  98. Zhao G., Cheng Q., Zhao Y., Wu F., Mu B., Gao J., Yang L., Yan J., Zhang H., Cui X, Chen Q. The abscisic acid–responsive element binding factors MAPKKK18 module regulates abscisic acid-induced leaf senescence in Arabidopsis // J. Biol. Chem. 2023. V. 9. P. 103060. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2023.103060
  99. Klimek-ChodackaM., Oleszkiewicz T., Lowder L. G., Qi Y., Baranski R. Efficient CRISPR/Cas9-based genome editing in carrot cells // Plant Cell Rep. 2018. V. 37. P. 575. https://doi.org/10.1007/s00299–018–2252–2
  100. Mercx S., Smargiasso N., Chaumont F., De Pauw E., Boutry M., Navarre C. Inactivation of the β(1,2)-xylosyltransferase and the α(1,3)-fucosyltransferase genes in Nicotiana tabacum BY-2 cells by a multiplex CRISPR/Cas9 strategy results in glycoproteins without plant-specific glycans // Front. Plant Sci. 2017. V. 8. P. 403. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00403
  101. Sheva M., Hanania U., Ariel T., Turbovski A., Rathod V. K.R., Oz D., Tekoah Y., Shaaltiel Y. Sequential genome editing and induced excision of the transgene in N. tabacum BY2 cells // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 607174. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.607174
  102. Miroshnichenko D., Timerbaev V., Divashuk M., Pushin A., Alekseeva V., Kroupin P., Bazhenov M., Samarina M., Ermolaev A., Karlov G., Dolgov S. CRISPR/Cas9-mediated мultiplexed multi-allelic mutagenesis of genes located on A, B and R subgenomes of hexaploid triticale // Plant Cell Rep. 2024. V. 43. P. 59. https://doi.org/10.1007/s00299–023–03139-x
  103. Zhang S., Zhang R., Gao J., Gu T., Song G., Li W., Li D., Li Y., Li G. Highly efficient and heritable targeted mutagenesis in wheat via the Agrobacterium tumefaciens-mediated CRISPR/Cas9 system // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. P. 4257. https://doi.org/10.3390/ijms20174257
  104. Karki U., Fang H., Guo W., UnnoldCofre C., Xu J. Cellular engineering of plant cells for improved therapeutic protein production// Plant Cell Rep. 2021. V. 40. P. 1087. https://doi.org/10.1007/s00299–021–02693–6

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The general scheme of induction of genetic modifications in plant genomes.

Download (300KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The scheme of violations in the genomic DNA of plants under the influence of mutagens and T-DNA insertions during agrobacterial transformation and bioballistics.

Download (566KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».