Физиология растений, 2024, № 5

Российская академия наук
ФИЗИОЛОГИЯ  
РАСТЕНИЙ
Том 71 № 5 2024 Сентябрь – Октябрь
Основан в 1954 г. акад. А.Л. Курсановым  
Выходит 6 раз в год 
ISSN: 0015-3303
Главный редактор
Вл.В. Кузнецов (Москва)
Заместитель главного редактора
И.В. Голденкова-Павлова (Москва)
Заместитель главного редактора
И.В. Серегин (Москва)
Приглашенные редакторы
И.В. Голденкова-Павлова (Москва),
Е.В. Дейнеко (Новосибирск)
Жуpнал издается под pуководcтвом Отделения биологичеcкиx наук РАН 
Редакционная коллегия:
А.Г. Абид, (Мултан, Пакистан), С.И. Аллахвердиев (Москва), 
М.С. Барак (Стамбул, Турция), Н.П. Битюцкий (Санкт-Петербург), 
М. Брестич (Нитра, Словакия), А.А. Булычев (Москва),  
И.Д. Волотовский (Минск, Беларусь, П.Ю. Воронин (Москва), 
И.М. Гусейнова (Баку, Азербайджан), Е.В. Дейнеко (Новосибирск), 
Ю.Н. Журавлев (Владивосток), А.А. Иванов (Пущино, Московская обл.), 
Ю.В. Иванов (Москва), О.В. Карпова (Москва),  
В.Д. Креславский (Пущино, Московская обл.), Г.Р. Кудоярова (Уфа), 
В.В. Кузнецов (Москва), Н.А. Ламан (Минск, Беларусь), Т.Х. Максимов (Якутск),  
Ю. Мин (Фошань, Китай), М.М. Наджафпур (Зенджан, Иран), 
А.В. Носов (Москва), А.М. Носов (Москва), Р. Оельмюллер (Йена, Германия),  
Б. Панис (Левен, Бельгия), З.Ф. Рахманкулова (Москва),  
Г.А. Романов (Москва), П.К. Саксена (Гуэлф, Канада),  
А.Е. Соловченко (Москва, Россия), Р. Субраманьям (Хайдарабад, Индия),  
А.Ф. Титов (Петрозаводск), Т. Томо ( Токио, Япония),  
М.С. Трофимова (Москва), Э.Е. Хавкин (Москва),  
С.А. Хан (Дахран, Саудовская Аравия), Холл М.А. (Аберистуит, Великобритания),  
С. Цинь (Цзинань, Китай), В.Е. Цыганов (Санкт-Петербург),  
Чэнь Ц. (Юньнань, Китай), Ян С. (Тайань, Китай)
Заведующая редакцией Пименова Елена Анатольевна
Адрес редакции:  
127276 Москва, Ботаническая ул., 35,  
тел. 8 (499) 678-54-35;
эл. почта: fizrast@mail.ru
Москва
ФГБУ «Издательство «Наука»
© Российская академия наук, 2024 
© Редколлегия журнала «Физиология 
 
растений» (составитель), 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Том 71, номер 5, 2024
СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК: 
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ —  
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ
ОБЗОРЫ
Модификация генома растений методами генетической инженерии: направления и пути развития 
Е. В. Дейнеко 
487
Транзиентная экспрессия генов в растениях ‒ эффективная экспериментальная платформа для 
функциональной геномики
И. В. Голденкова-Павлова, О. С. Павленко, И. С. Демьянчук, В. А. Фридман, А. А. Тюрин 
502
Рекомбинантные моноклональные антитела, синтезируемые в растительных системах экспрессии: 
проблемы и перспективы
А. А. Загорская, Е. В. Дейнеко 
520
Биосинтез рекомбинантных вакцин в растительных системах экспрессии 
Е. А. Уварова, П. А. Белавин, Н. В. Пермякова, Е. В. Дейнеко 
538
Генетическая инженерия как методологическая основа функциональной геномики растений
В. С. Фадеев 
555
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Сверхэкспрессия гена ATOPR3 в пшенице стимулирует образование летучих метаболитов 
гидропероксидлиазной ветви биосинтеза оксилипинов
В. И. Дегтярёва, Д. Н. Мирошниченко, А. В. Пиголев, Е. А. Дегтярёв, Е. М. Тебина, П. С. Стрельцова,  
С. В. Долгов, Т. В. Савченко 
569
Рост и солеустойчивость волосовидных корней табака с конститутивной экспрессией гена TaNAC69
З. А. Ибрагимова, А. А. Галимова, Х. Г. Мусин, А. А. Ямалеева, Е. А. Заикина, Б. Р. Кулуев 
580
Влияние экспрессии гетерологичной Δ9-десатуразы на жирнокислотный состав растений томатов
И. Г. Миловская, Н. В. Варламова, А. Ю. Стариков, Д. В. Демиденко, О. С. Павленко, А. А. Тюрин,  
Д. С. Соболев, Л. В. Куренина, И. В. Голденкова-Павлова, М. Р. Халилуев 
591
Эффект неполного нокаутирования гена пластидной крахмалфосфорилазы NtPHO1-L1 на метаболизм 
углеводов и каротиноидов в листьях Nicotiana tabacum L. 
А. В. Нежданова, А. В. Кулакова, М. А. Слугина, А. М. Камионская, Е. З. Кочиева, А. В. Щенникова 
604
Особенности экспрессии eGFP гена у транспластомных растений табака Nicotiana tabacum L. CV. PETIT 
HAVANA
Ю. В. Сидорчук, П. А. Белавин, А. А. Загорская, Т. В. Маренкова, В. В. Кузнецов, Е. С. Хайрулина,  
Е. В. Дейнеко 
620
Влияние rol-генов Agrobacterium rhizogenez штаммов А4, 15834 и K599 на рост корней трансгенных растений 
табака и состояние антиоксидантной системы в условиях абиотического стресса
Д. Ю. Швец, З. А. Бережнева, Х. Г. Мусин, Б. Р. Кулуев 
632

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2024, том 71, № 5, с. 487–501 
ОБЗОРЫ
УДК 581.1
МОДИФИКАЦИЯ ГЕНОМА РАСТЕНИЙ  
МЕТОДАМИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ:  
НАПРАВЛЕНИЯ И ПУТИ РАЗВИТИЯ
© 2024 г. Е. В. Дейнекоa, *
аФедеральное государственное бюджетное научное учреждение  
“Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики  
Сибирского отделения Российской академии наук”,  
Новосибирск, Россия
*e-mail: deineko@bionet.nsc.ru
Поступила в редакцию 18.03.2024 г.
После доработки 19.04.2024 г.
Принята к публикации 24.04.2024 г.
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.
Ключевые слова: gene silencing, биобезопасность, генетическая инженерия, геномное редактирование, наследование трансгенов, природно-трансгенные растения, Т-ДНК индуцированные мутации
DOI: 10.31857/S0015330324050017, EDN: MNFGJU
ВВЕДЕНИЕ
Прошло сорок лет с  момента создания 
первого трансгенного растения  – Nicotiana 
tabacum  L., в  геном которого был перенесен 
химерный ген, включающий последовательности генов, кодирующих ферменты октопинсинтазы и  хлорамфеникол-ацетилтрансферазы [1]. Авторами этой работы было показано, 
что замена кодирующей последовательности 
гена нопалинсинтазы Agrobacterium tumefaciens 
на последовательность другого гена – октопинсинтазы, принципиально не влияла на 
регуляторные особенности промотора этого 
генов. Стало очевидным, что регуляторные 
элементы одних генов могут быть использованы для регуляции экспрессии других. Доставка гена хлорамфеникол-ацетилтрансферазы, 
клонированного из E. coli и  слитого с  геном 
октопинсинтазы, обеспечивала в  растительных клетках образование функционально 
активного рекомбинантного белка, проявляющего ферментативную активность, что 
подтверждало возможность его корректной 
487

ДЕЙНЕКО 
лизации. Так, например, уже к 1996 г. площади 
посевов, занимаемых устойчивыми к гербицидам сортами сои и канолы, а также сортами кукурузы, хлопчатника и картофеля, устойчивыми к насекомым-вредителям, составили почти 
1.7 млн га в США и Канаде [9].
В  последующие годы отмечен неуклонный 
рост площадей, занимаемых генетически модифицированными культурами. Так, по данным Международной службы по агробиотехнологиям к  2010 г. в  29 странах мира под 
генетически модифицированные сорта растений было отведено уже около 148 млн га [10]. 
Следует подчеркнуть, что к этому времени ввоз 
продукции, полученной с применением методов генетической инженерии, был разрешен 
в 30 странах, в том числе и в Российской Федерации, что в целом составило 75% населения 
Земного шара, имеющего прямой доступ к потреблению продуктов, полученных с использованием генетически модифицированных культур растений [10].
К  настоящему времени площади, занимаемые под генетически модифицированными культурами, продолжают расти и достигли 
уже более 200 млн га [11]. Всего на этих площадях в  27 странах возделывается 10 сортов 
генетически модифицированных видов растений, доминирующими среди которых являются соя, занимающая 98.9 млн га и кукуруза – 
66.2 млн га. Если рассматривать соотношение 
между возделываемыми сортами, относящимися к  генетически модифицированным, по 
отношению к обычным, то лидирующей культурой выступает хлопчатник, доля возделывания которого по сравнению с традиционными 
технологиями в мировом производстве составляет 80.4%. Для сои и кукурузы эти показатели 
несколько ниже – 73.7% и 32.9%. Лидирующие 
позиции по производству продукции на основе 
генетически модифицированных растений занимают США, где площади посевов составляют 74.7 млн га, а также Бразилия (63.2 млн га) 
и Аргентина (23.5 млн га). Наиболее широкий 
ассортимент сортов, созданных на основе генетической модификации с применением методов генной инженерии, отмечается в США, 
где возделываются соя, кукуруза, хлопчатник, 
люцерна, канола и  сахарная свекла [11]. Сорта других видов генетически модифицированных растений выращиваются в  Бразилии 
(сахарный тростник), Аргентине (пшеница), 
на Фи 
липпинах (рис) и  в  Бангладеш (баклажан). Следует отметить тенденцию к  использованию стекерных сортов, сочетающих в себе 
устойчивость к  гербицидам и  инсектицидам, 
обеспечиваемые переносом и  интеграцией 
в  растительный геном двух и  более разных 
трансгенов [10].
трансляции. Это послужило в  дальнейшем 
отправной точкой для развития систем отбора генетически-модифицированных клеток 
у растений. Полученные авторами результаты 
свидетельствовали о  том, что транскрипционно-трансляционный аппарат растительной 
клетки способен поддерживать транскрипцию, трансляцию и  пост-трансляционные 
модификации продуктов экспрессии генов, 
перенесенных из других гетерологичных систем [1]. Таким образом, перенос и успешная 
экспрессия в геноме растительной клетки первых созданных в лабораторных условиях генов 
(трансгенов) открывала перед исследователями широкие возможности для развития технологий модификации геномов с целью улучшения хозяйственно-ценных свойств у растений. 
Возможность переноса в растительный геном 
чужеродных генов из других гетерологичных 
систем ‒ вирусов, микроорганизмов, человека, животных, а  также из других отдаленных 
видов растений, не скрещивающихся между собой в природных условиях, с одной стороны послужило основой для развития не 
только агробиотехнологий для улучшения хозяйственно-ценных признаков у важных сельскохозяйственных культур [2, 3], но и открыла 
широкие перспективы в области создания биопродуцентов рекомбинантных белков, в  том 
числе и для биофармацевтики [4, 5]. Уже через 
несколько лет после опубликования вышеупомянутой работы по созданию первого генетически модифицированного растения [1], были 
получены трансгенные растения с полезными 
свойствами, обеспечивающими устойчивость 
к гербицидам, насекомым-вредителям и вирусам, а в 1987 г. было получено первое разрешение на проведение полевых испытаний генетически модифицированных растений томата 
и картофеля [6, 7]. Первый коммерческий сорт 
томата, получивший название Flavr-Savr, был 
зарегистрирован компанией Сalgene (США) 
в 1994 г. [8]. В геном растений этого сорта был 
перенесен ген фермента полигалактуронидазы, принимающего участие в процессах распада пектина в тканях плодов, в результате чего 
ткани при созревании плодов быстро размягчались. Введение в  геном инвертированной 
копии этого гена приводило к  разрушению 
продуктов экспрессии собственного (хозяйского) гена, кодирующего полигалактуронидазу и, как результат, к существенному снижению 
уровня накопления фермента в тканях плодов 
томата, что обеспечивало более длительный 
срок их хранения. В  последующие несколько 
лет после регистрации первого сорта генетически модифицированного растения томата, 
успешно прошли испытания и  другие виды 
растений, рекомендованные для коммерциаФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ         том 71          № 5          2024

 
МОДИФИКАЦИЯ ГЕНОМА РАСТЕНИЙ МЕТОДАМИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ 
489
ных заболеваний, культивируют в помещениях 
закрытого типа при искусственном освещении. В таких условиях становится возможным 
использование автоматизированных роботов, 
управляющих процессами перемещения блоков с индивидуальными растениями от начала 
их культивирования до конечной стадии, связанной с  измельчением биомассы и  последующим извлечением из нее целевого продукта 
[19, 20]. Несмотря на более низкую стоимость 
производства рекомбинантных белков при 
крупномасштабном возделывании трансгенных растений со стабильной экспрессией целевых генов [21, 22], также наблюдается перемещение наработки исходной субстанции 
в  закрытые системы на основе культивирования клеточных культур в биореакторах [23, 24]. 
Важным преимуществом при культивировании 
растительных клеток в  биореакторах является 
возможность удешевления процесса производства целевого продукта по сравнению с целыми 
растениями за счет того, что рекомбинантные 
белки могут быть секретированы в культуральные среды, что упрощает процесс их выделения и  очистки [22]. Немаловажное значение 
в  пользу наработки целевых рекомбинантных 
белков медицинского назначения с  использованием клеточных культур растений имеет 
и  соответствие этой технологии существующим жестким правилам надлежащей производственной практики (GMP ‒ good manufacturing 
practice), касающимся производства фармацевтических продуктов [4, 22]. Вопросы биобезопасности и анализ рисков при использовании 
растительных систем экспрессии для получения рекомбинантных белков рассмотрены на 
примере нормативно-правовой базы для молекулярного земледелия в Европе [25]. Успехи, 
достигнутые PMP-сообществом (Plant-Made 
Pharmaceutical) в  области получения биофармацевтиков с использованием клеточных культур растений подробно рассмотрены нами ранее [12]. В текущем спецвыпуске журнала эти 
вопросы также рассматриваются в  отдельных 
обзорных статьях на примере получения растительных рекомбинантных вакцин и различных 
видов рекомбинантных антител для фармацевтики.
Таким образом, возможность модификации 
генома растений методами генетической инженерии была достаточно быстро подхвачена 
практикой и за последующие 40 лет после создания первого трансгенного растения мировым сообществом исследователей были получены сорта с улучшенными характеристиками 
хозяйственно-ценных признаков, а также разработаны технологии наработки рекомбинантных белков, в том числе и медицинского назначения.
Наряду с  улучшением хозяйственно-ценных характеристик важных продовольственных культур, модификация генома растений 
методами генетической инженерии получила 
широкое применение в биотехнологии, в частности в биофармацевтике, для биосинтеза рекомбинантных белков. На сегодняшний день 
это один из быстро развивающихся сегментов 
экономики, называемый иногда молекулярным фермерством. Такие крупнейшие биотехнологические и  фармацевтические компании 
как Protalix Biotherapeutics (Израиль), Synthon 
(Нидерланды), Ventria (США), Medicago (Канада), Greenovation (Германия) и Pfizer (США) 
инвестируют значительные средства в  развитие научных исследований и разработку новых 
платформ для производства ценных рекомбинантных белков на основе растительных систем экспрессии. В целом, современное молекулярное фермерство можно разделить на три 
главных направления, в  которых для производства рекомбинантных белков используются трансгенные растения со стабильной, либо 
транзиентной экспрессией целевых генов или 
культуры растительных клеток, поддерживаемые в биореакторах [12].
Компания ProdiGeneInc. (США) впервые 
использовала генетически модифицированные растения кукурузы для промышленного 
получения рекомбинантных белков и  провела 
оценку экономической целесообразности молекулярного фермерства, учитывая затраты на 
выращивание, выделение и очистку конечного 
рекомбинантного продукта [13, 14]. Экспертами установлено, что рекомбинантные авидин 
и  β-глюкуронидаза, синтезируемые в  зернах 
растений кукурузы, были вполне сравнимы 
и конкурентоспособны с коммерческими продуктами авидина, полученными из куриных 
яиц [15], и β-глюкуронидазой бактериального 
происхождения [16].
Мощное развитие за последнее десятилетие 
получило второе направление молекулярного 
фермерства, связанное с  наработкой в  растениях рекомбинантных белков на основе транзиентной экспрессии. Благодаря максимально 
сжатым срокам от момента выделения антигенной последовательности до наработки больших 
количеств антигенов [17], это направление открыло широкие возможности для крупномасштабного производства растительных вакцин, 
особенно при необходимости экстренного реагирования. [18]. Следует отметить, что такое 
производство постепенно сместилось в  сторону использования закрытых систем культивирования. Для этого растения N. bentamiana, 
используемые в настоящее время как системы 
транзиентной экспрессии генов, кодирующих 
целевые антигены возбудителей инфекционФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ          том 71          № 5          2024

ДЕЙНЕКО 
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ 
РАСТИТЕЛЬНЫХ ГЕНОМОВ:  
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ
в  проявлении хозяйственно-ценных признаков 
у растений, и отбирать формы с максимальным 
их проявлением. В  сочетании с  современными 
методами молекулярного анализа селекционеры 
имеют возможность использовать такие приемы 
как выявление QTL-генов, т. 
е. тех генов, сцепленное наследование которых будет обеспечивать улучшение таких сложных признаков как, 
например, засухоустойчивость или урожайность 
[26, 27]. Выявление некоторых молекулярных 
маркеров (SSR, SCAR, SNP и  др.), сцепленных с теми или иными хозяйственно полезными признаками у растений, также обеспечивает 
селекционеру возможность “концентрировать” 
эти гены в создаваемом сорте, ориентируясь на 
выявленные маркеры [28, 29]. Такой подход получил название маркер-ориентированной селекции. Заслуживают внимания современные 
подходы геномной селекции [30, 31], в том числе 
для улучшения древесных культур [32].
Современные методы, основанные на репарации повреждений ДНК. Следующий этап улучшения хозяйственно-ценных признаков у растений 
связан с  применением химических мутагенов 
и радиоактивного излучения (рис. 1). Этот подход принципиально отличался от предыдущих, 
поскольку был нацелен на индукцию поломок 
в  молекулах ДНК с  последующим их восстановлением системами репарации растительной 
клетки. Среди растений, подвергшихся воздействию различных доз химических мутагенов или 
облучения, селекционеры могли отбирать те, 
в геноме которых восстановление повреждений 
в  молекулах ДНК, приводящих к  различным 
перестройкам (точечные мутации, делеции, инверсии, инсерции, транслокации и  т. 
д.) могли 
быть связаны с перекомбинацией генов и улучшением каких-либо характеристик растения.
Открытие ферментов, позволяющих клонировать гены, соединять их в нужном для исследователя порядке и  затем интегрировать в  геном растения, стимулировало развитие методов 
Традиционные методы селекции, основанные 
на перекомбинации генов. Рассматривая ретроспективно основные этапы исследований, направленных на улучшение хозяйственно-ценных признаков у  растений, используемых 
человеком для своих целей, условно разделим 
применяемые для этого методы и  подходы на 
две группы. Согласно схеме, представленной 
на рис.  1, к  первой группе отнесены методы, 
основанные на использовании природного 
разнообразия и  выявления спонтанных мутаций, где роль исследователя или селекционера определяется искусством их обнаружения, 
поддержания и закрепления в новом создаваемом сорте. Ко второй группе условно отнесем 
методы, основанные на внесении в  геномную 
ДНК улучшаемых видов растений повреждений 
с последующим их восстановлением системами 
клеточной репарации, т. 
е. внесением в  геном 
растения искусственных мутаций, индуцированных исследователем. Такое деление методов, используемых человеком для улучшения 
хозяйственно-ценных характеристик возделываемых видов растений, в рамках данного обзора нацелено на более глубокое понимание при 
обсуждении в  дальнейшем как преимуществ, 
так и  степени возможных рисков при внесении генетических модификаций для человека 
и окружающей среды.
Первые приемы улучшения различных видов растений были основаны на простом отборе форм растений, проявляющих какие-либо 
предпочтительные характеристики с  последующей их перекомбинацией путем свободного 
опыления и повторными многократными отборами. Селекционерами было разработано достаточно большое число методов и приемов, позволяющих комбинировать гены, участвующие 
Рис. 1. Общая схема индукции генетических модификаций в растительных геномах.
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ         том 71          № 5          2024

 
МОДИФИКАЦИЯ ГЕНОМА РАСТЕНИЙ МЕТОДАМИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ 
491
ми, для однодольных разработана доставка генетических конструкций на поверхности частиц 
золота или вольфрама с помощью генной пушки. Важная особенность этих двух методов состоит в том, что процесс доставки и встраивания 
созданной генетической конструкции протекает 
случайным образом и не контролируется исследователем, т. 
е. с  использованием этих методов 
исследователь не имеет возможности направить 
созданную генетическую конструкцию с  целевым геном в желаемый район генома.
Доставленные в  ядро растительной клетки 
трансгены попадают в открытые петли хроматина и ферментами репарации включаются в восстанавливаемые места разрывов в ДНК по механизму негомологичной рекомбинации [33, 34]. 
Переносимые в геном растительной клетки искусственно созданные генетические конструкции в виде фрагментов экзогенных ДНК еще до 
их интеграции в геном могут объединяться друг 
с  другом и  образовывать конкатемеры, включающие несколько копий генов, в  том числе 
и в различной ориентации по отношению друг 
к другу. Число и включение в геном трансгенов 
может быть самым разнообразным  – от единичных копий, интегрированных в  один или 
в разные районы генома, так и до сложноорганизованных инсерций [35]. Более того, в геном 
могут быть интегрированы модифицированные 
 
рекомбинантных ДНК или генетической инженерии и привело к созданию нового направления, которое позволяло модифицировать геномы растений путем включения искусственно 
созданных генетических конструкций с  генами 
различного происхождения из разных гетерологичных систем (рис. 2). Такой подход снимал 
природные барьеры, сложившиеся между видами, родами и  царствами живых организмов 
и позволял исследователям манипулировать различными источниками генов. Для того, чтобы 
перенести созданные генетические конструкции 
в растительный геном, исследователи наиболее 
часто используют методы векторного переноса, 
основанные на природной способности почвенной бактерии A. tumefaciens доставлять часть 
своих генов в геном растения. Перенос в геном 
растительных клеток части своей ДНК, обозначаемой как Т-ДНК, является этапом жизненной 
стратегии A. tumefaciens, нацеленной на биосинтез необходимых питательных веществ (опинов) 
за счет транскрипционно-трансляционной машины и  ресурсов растительной клетки. Таким 
образом, в результате замены собственных генов 
в составе плазмиды A. tumefaciens на искусственно созданные генетические конструкции, был 
получен инструмент для их доставки в растительный геном. Так как круг хозяев для A. tumefaciens 
ограничен в  основном двудольными растенияРис. 2. Схема нарушений в геномной ДНК растений под воздействием мутагенов и Т-ДНК-инсерций при агробактериальной трансформации и биобаллистики.
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ          том 71          № 5          2024

ДЕЙНЕКО 
нефункциональные фрагменты генетических 
конструкций, выявляемые только в случае полногеномного секвенирования [36].
Интегрированные в геном растения трансгены становятся его резидентной частью, проявляются как доминантные признаки, передаются 
потомкам согласно законам менделевского наследования [37] и мутируют с такой же частотой, 
как и аутентичные (собственные) гены [38].
На основании большого фактического материала об экспрессии трансгенов в  геноме 
трансгенных растений стало очевидным, что 
дальнейшая “судьба” привнесенных в геном чужеродных генов зависит от того, в  каком виде 
(одиночной копии или в  составе нескольких 
сцепленных между собой копий) и в какой район 
генома интегрировалась та или иная инсерция 
[39]. Исследование таких событий позволило 
выявить различные пути проявления генов, входящих в  состав инсерции, как среди потомков 
от самоопыления исходного трансгенного растения, так и среди гибридов, полученных от их 
переопыления [40]. Интеграция в растительный 
геном нескольких сцепленных копий трансгена, 
в том числе и инвертированных, увеличивает вероятность инактивирования целевого гена [41]. 
Различные варианты эпигенетического инактивирования трансгенов у  трансгенных растений 
рассмотрены в  обзоре [42]. Итак, технология 
модификации геномов растений, основанная 
на случайной интеграции в геном генетических 
конструкций с  целевыми генами, предполагает 
проведение крупномасштабных скринингов среди полученных трансформантов, нацеленных на 
поиск однокопийных инсерций с высоким уровнем экспрессии целевого гена, сохраняющегося 
в последующих поколениях трансгенного растения. Более того, оценивая реализацию целевого 
гена в зависимости от особенностей района его 
интеграции в геноме, следует также рассмотреть 
вопрос об инсерционной природе самого процесса генетической модификации растений.
Генетическая конструкция может быть интегрирована в геном как в межгенные районы, 
так и  в  районы расположения собственных генов, индуцируя при этом различные типы мутационных изменений, известных как инсерционные мутации [43]. Первая коллекция Т-ДНК 
инсерционных мутаций A. thaliana была создана 
Фельдман [44]. В настоящее время эта коллекция существенно пополнена и представляет собой мощный мировой ресурс для изучения как 
функционирования растительных генов, так 
и для выявления особенностей структурной организации генома в целом [45, 46]. Таким образом, среди разнообразных случайных событий 
интеграции генетических конструкций в  растительный геном улучшаемого вида растения 
исследователю необходимо отобрать отдельные 
события с желаемым результатом, оценить стабильное сохранение индуцируемого признака 
среди потомков, а также выявить возможные побочные негативные влияния инсерции.
Итак, 
технология 
модификации 
растительных геномов путем экзогенного включения специально созданных генетических конструкций с  определенным набором генов, за 
сорокалетний промежуток времени от начала 
появления первого трансгенного растения продемонстрировала свою успешность в  создании 
сортов с улучшенными характеристиками, а также биопродуцентов рекомбинантных белков. 
Однако сложность и  высокая стоимость этой 
технологии, включающей широкомасштабные 
отборы благоприятных событий интеграции 
генетических конструкций, стимулировала необходимость поиска более простых путей целенаправленной модификации генома, что и  послужило следующим этапом в развитии методов 
модификации растительных геномов.
Открытие механизма, позволяющего бактериям целенаправленно разрушать ДНК бактериофагов, используя при этом ранее сохраненные 
копии фаговой ДНК в  специфическом районе 
своего генома, получившего название (CRISPR ‒ 
Clustered 
Regularly 
Interspaced 
Palindromic 
Repeats), открыла новые перспективы для исследователей [47]. Именно эта особенность послужила основой для создания инструмента для 
целенаправленного внесения двуцепочечных 
разрывов в выбранном районе-мишени молекулы ДНК и  развития технологии направленной 
модификации геномов, получившей название 
геномного редактирования. Суть этого подхода 
состоит в  том, что исследователями создается 
специальный инструментарий для геномного 
редактирования ‒ генетические конструкции, 
включающие участок ДНК, комплементарный 
району гена-мишени в геноме модифицируемого растения, в котором необходимо произвести 
двуцепочечный разрез. В качестве “молекулярных ножниц” для осуществления таких разрезов 
выступают нуклеазы, в частности, нуклеаза Cas9 
из Streptococcus pyogenes. Таким образом, объединенные в составе генетической конструкции последовательности гена, кодирующего нуклеазу, 
а также последовательность, гомологичную району гена-мишени, можно интегрировать в  геном, используя уже хорошо зарекомендовавшие 
себя способы агробактериальной и  биобаллистической трансформации. Важно подчеркнуть, 
что такие инструменты для геномного редактирования могут быть наработаны и в другой системе экспрессии, например, в  E. coli, а  затем 
интегрированы в геном растения в виде рибонуклеиновых комплексов [48].
В  зависимости от поставленной перед исследователем цели, геномное редактирование 
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ         том 71          № 5          2024

 
МОДИФИКАЦИЯ ГЕНОМА РАСТЕНИЙ МЕТОДАМИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ 
493
поиска районов в геноме A. thaliana, характеризующихся высокой транскрипционной активностью, которые могли бы послужить мишенями 
для доставки целевых генов методом геномного 
редактирования в варианте knock-in [62].
ОЦЕНКА РИСКОВ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ 
МОДИФИКАЦИИ ГЕНОМОВ РАСТЕНИЙ
Приведенные данные о широкомасштабном 
использовании генетически модифицированных организмов свидетельствуют о востребованности этой технологии по сравнению с технологиями интенсивного земледелия с применением 
химических веществ (гербицидов и  инсектицидов). Однако успешное продвижение новых 
технологий создания сортов с новыми улучшенными характеристиками породили и  настороженное отношение части общества к  данным 
модификациям.
Во многих странах, использующих методы 
генетической модификации геномов для улучшения хозяйственно ценных характеристик 
важных сельскохозяйственных растений, обсуждаются и разрабатываются системы, обеспечивающие надзор за генетическими инновациями. Регистрация нового сорта в той или иной 
стране связана не только с  закреплением прав 
собственности авторов, но и  оценкой рисков, 
которые могут быть нанесены здоровью человека и  окружающей среде. Обеспокоенность выявлением потенциальных рисков связана с тем, 
что технологии генетической модификации растений предполагают внедрение в  геном генов 
из различных гетерологичных систем. Именно 
это обстоятельство и  вызывает негативное отношение некоторой части человечества к  коммерческому использованию генетически модифицированных сортов растений, так как ранее 
используемые методы селекции растений основывались на применении новых источников 
генов из природных дикорастущих популяций, 
либо на индукции новых мутаций с  помощью 
мутагенеза. Даже несмотря на то, что улучшение хозяйственно-ценных признаков у  растений с применением геномного редактирования, 
представляет собой усовершенствованную технологию генетической модификации растительного генома, в  ряде стран все еще сохраняется 
некоторое недоверие части общества к  таким 
технологиям.
На рис.  2 схематично представлены результаты изменений в  последовательности ДНК 
после воздействия на растение мутагенов, либо 
после доставки генетических конструкций с помощью агробактериальной трансформации или 
биобаллистики. Сравнивая между собой все три 
варианта следует отметить, что в их основе лежит репарация индуцированных воздействием 
может быть выполнено в  двух вариантах, в  одном из которых нацеливание нуклеазы на определенный ген-мишень предполагает внесение 
в его последовательность двухцепочечного разрыва с  последующей репарацией, сопровождающейся сдвигом рамки считывания, делецией 
или инсерцией, что приведет к  нокауту этого 
гена. Во втором варианте в состав генетической 
конструкции может быть дополнительно включен ген интереса, последовательность которого 
ферментами репарации растительной клетки 
будет включена в  двухцепочечный разрыв района-мишени. Более подробное описание этого 
метода можно найти в обзорах [49, 50]. Следует 
подчеркнуть, что метод геномного редактирования, так же, как и методы генной инженерии, 
были достаточно быстро подхвачены практикой. 
Сравнительный вклад двух методов – трансгенеза и геномного редактирования, в улучшение хозяйственно-ценных признаков у  растений рассмотрены нами ранее [51]. Достаточно отметить 
лишь тот факт, что с  момента опубликования 
сообщения о  возможности целенаправленного 
внесения двухцепочечных разрывов в  целевой 
район-мишень до появления первого сорта сои 
с  улучшенным составом жирных кислот в  растительном масле, прошло всего лишь несколько 
лет. Вклад геномного редактирования в улучшение хозяйственно-ценных признаков у  важных 
сельскохозяйственных видов растений можно 
найти в обзорах [52‒54], в том числе в улучшение древесных [55], плодово-ягодных культур 
и декоративных видов [56].
Широкие перспективы открываются при совместном применении трансгенеза и  геномного редактирования. Например, для того, чтобы 
избежать широкомасштабных отборов при создании сорта риса, в геном которого предполагалось доставить генетическую конструкцию с геном β-каротина, группа исследователей провела 
предварительный анализ районов интеграции 
для будущей генетической конструкции [57]. 
Для этого в геноме местного сорта риса, наиболее адаптированного к условиям района возделывания, были индуцированы мутации, среди 
которых с  помощью метода фенотипирования 
[58] были отобраны только те мутации, которые 
не повлияли на изменение хозяйственно-ценных характеристик и урожайность сорта. Именно эти районы, получившие название “тихие 
гавани” (genomic safe harbors), и были выбраны 
исследователями для доставки целевого гена 
с применением метода геномного редактирования [57].
Поиск районов, обеспечивающих высокий 
выход рекомбинантных белков, для доставки 
в них целевых генов, проводится исследователями для клеток млекопитающих [59, 60] и насекомых [61]. Данный подход использован нами для 
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ          том 71          № 5          2024