Голштинских коров осветлили с помощью генного редактирования

Новозеландские ученые изменили окраску голштинских коров с помощью генного редактирования. В результате эксперимента на свет появились два теленка, которые отличались от черно-белых сородичей необычной серо-белой расцветкой. По мнению исследователей, более светлая окраска должна помочь коровам приспособиться к жаркой погоде, что особенно важно в условиях климатических изменений. Препринт работы доступен на сайте biorXiv. 

Сельское хозяйство страдает от быстрых климатических изменений сильнее других отраслей экономики. Дело в том, что многие традиционные породы скота и сорта культурных растений плохо приспособлены к участившимся засухам и периодам жаркой погоды. В результате их продуктивность снижается, а уязвимость к болезням и вредителям, напротив, растет. 

Например, молочные коровы голштинской породы в жару испытывают тепловой стресс, производят меньше молока и хуже размножаются. Основной источник их проблем — характерная пестрая окраска: черные участки на шкуре активно впитывают солнечное излучение, так что животные быстро нагреваются. 

Команда новозеландских ученых во главе с Гоетцом Лайбле (Goetz Laible) из Оклендского университета предположила, что голштинских коров можно сделать менее уязвимыми к жаре, просто изменив их цвет на более светлый. С точки зрения традиционной селекции это несложная задача. Однако такой подход потребовал бы слишком много времени, поэтому исследователи решили обратиться к генному редактированию.

В качестве мишени авторы выбрали ген PMEL, который участвует в созревании меланосом в пигментных клетках. Им было известно, что мутация в нем (а именно p.Leu18del — потеря кодона, соответствующего аминокислоте лейцину) вызывает изменения расцветки у хайлендских и галловейских коров, которые в норме имеют рыжую и черную шерсть соответственно. У гетерозиготных по p.Leu18del особей окраска «выцветшая», а у гомозиготных — очень бледная или белая. Хотя взаимосвязь между этим генетическим вариантом и расцветкой коров до сих пор не была строго доказана, авторы сочли возможным воспользоваться ей в своем исследовании. 

С помощью эндонуклеазы Cas9 и гидовой РНК исследователи заменили ген PMEL на мутантную копию в эмбриональных фибробластах бычка голштинской породы. Убедившись, что редактирование клеток прошло успешно, они создали на их основе 12 мутантных эмбрионов, гомозиготных по p.Leu18del. После недели выращивания in vitro их (а также 22 контрольных эмбриона с обычным фенотипом) пересадили суррогатным матерям. В результате семь коров забеременели и на свет появились два мутантных и три обычных теленка (две беременности прошли неудачно).

Как и ожидали авторы, отредактированные телята оказались заметно светлее типичных голштинских коров. Участки на их шкуре, которые должны были быть черными, имели серую расцветку (при этом «побледнела» не только шерсть, но и кожа под ней). Кроме того, увеличилась площадь белых участков. Например, если у контрольных телят морды были черными с белым ромбом около носа, то у их мутантных сородичей они приобрели белую окраску. 

Слева вверху: отредактированный теленок. Справа вверху: теленок стандартной расцветки. Внизу: отредактированный и обычный телята.

К сожалению, оба отредактированных теленка быстро умерли: первого усыпили из-за осложнений во время беременности, а второй скончался от инфекции через четыре недели после рождения. Обе проблемы довольно часто встречаются при клонировании крупного рогатого скота. При этом никаких нецелевых мутаций и других негативных последствий редактирования выявить не удалось.

Теперь авторам предстоит получить новую партию отредактированных телят и проверить, действительно ли они меньше страдают от теплового стресса, чем их сородичи стандартной расцветки. Если данная гипотеза подтвердится, это будет иметь огромное значение для сельского хозяйства по всему миру. Кроме того, в случае успеха аналогичный подход можно будет применить к другим породам — например, абердин-ангусским коровам, которых выращивают ради мяса.

Японские ученые предложили намного более простой способ облегчить жизнь коров с помощью изменения их окраски. Они обнаружили, что животные, которым на тело нанесли черно-белые «зебровые» полосы, в два раза меньше страдают от укусов кровососущих насекомых. Воспользовавшись этим подходом, можно защитить скот без применения инсектицидов.