Мета. Проаналізувати правове регулювання в Європейському Союзі сортів рослин, що отримані з використанням новітніх методів селекції. Результати. Наведено загальну інформацію про новітні методи селекції (редагування геному), використання яких, на відміну від традиційного мутагенезу, дає змогу здійснювати цільові й точні модифікації геному – від заміни, вставлення або делеції одного нуклеотиду в певному конкретному локусі до сайт-специфічного вбудовування цілих генів. Завдяки новітнім технологіям селекції вже створено рослини зі стійкістю до збудників хвороб, гербіцидів та абіотичних стресових чинників, з підвищеною врожайністю та поліпшеними поживними властивостями. У багатьох країнах рослини, отримані завдяки редагуванню геному, не підпадають під дію спеціального регулювання і прирівнюються до таких, що створені за допомогою традиційного мутагенезу. Визначальною є безпека кінцевого продукту, а не спосіб його отримання. Водночас, відповідно до рішення Європейського Суду від 25 липня 2018 р., організми, які отримані за допомогою спрямованого мутагенезу, у країнах ЄС підпадають під дію регулювання актів, що впорядковують роботу з генетично-модифікованими організмами (ГМО). У зв’язку з цим, проаналізовано нормативно-правову базу Європейського Союзу, що стосується традиційних ГМО, у частині оцінювання ризиків та отримання дозволу на комерційне використання. Показано, що деякі положення законодавства ЄС, як-от віднесення мутагенезу під впливом іонізувальної радіації до безпечних методів селекції та аналіз суттєвої еквівалентності на підставі прос­того порівняння складу ГМ організмів і їх не-ГМ контрпартнерів, не повністю враховують останні наукові досягнення. Обговорюється також проблема відсутності адекватних методів для детектування нових організмів, що отримані з використанням методів редагування геному. Висновки. Чинна регуляторна база, яка сформувалась у Європейському Союзі в питанні поводження з ГМО, і яку, відповідно до рішення Суду, потрібно застосовувати також і в разі регулювання рослин із редагованим геномом, не відповідає вимогам сьогодення і потребує змін. | Purpose. Analyze the legal regulation of plants obtained using new plant breeding technologies in the Euro­pean Union. Results. General information on New Plant Breeding Technologies (genome editing) is given. In contrast to the traditional mutagenesis NPBTs provide an opportunity to obtain the precise and target genome modification such as replacement, insertion or deletion of the single nucleotide at the specific loci or even site-specific insertion of the whole gene. Thanks to new breeding technologies plants resistant to pathogens, herbicides and abiotic stress factors with increased yields and improved nutritional properties have already been developed. In many countries, plants developed with genome editing are not subject to special regulation and equated to those obtained by traditional mutagenesis. At the same time, according to the decision of the European Court of 25 July 2018, organisms obtained as a result of targeted mutagenesis are subject to streamlining acts which regulate work with genetically modified organisms (GMOs). In this regard, the regulatory framework of the European Union concerning traditional GMOs was analyzed in terms of risk assessment and obtaining a permit for commercial use. It was shown that some provisions of the EU legislation, for example, the assignment of mutagenesis under the influence of ionizing radiation to safe methods of selection and analysis of substantial equivalence via simple comparison of GMOs and their non-GM counterparts do not fully reflect recent scientific advances. The problem of the lack of adequate methods for detecting new organisms obtained using genome editing tools is also discussed. Conclusions. The current regulatory framework formed in the European Union in relation to the handling of GMOs, and which, according to a court decision, should also be applied in case of regulation of genome edited plants does not meet the requirements of the present and needs changes. | Цель. Проанализировать правовое регулирование в Европейском Союзе сортов растений, полученных с использованием новых методов селекции. Результаты. Приведена общая информация о новых методах селекции (редактирование генома), использование которых, в отличие от традиционного мутагенеза, позволяет осуществлять точные и направленные изменения генома – от замены, вставки или делеции одного нуклеотида до сайт-специфического встраивания целых генов. Благодаря новейшим технологиям селекции уже созданы растения с устойчивостью к возбудителям болезней, гербицидам и к абиотическим стрессовым факторам, с повышенной урожайностью и улучшенными питательными свойствами. Во многих странах растения, полученные путем редактирования генома, не попадают под действие специального регулирования и приравниваются к растениям, которые созданы с использованием традиционного мутагенеза. Определяющим является безопасность конечного продукта, а не способ его получения. Однако, согласно решению Европейского Суда от 25 июля 2018 г., организмы, полученные путем направленного мутагенеза, в странах ЕС попадают под действие нормативных актов, которые упорядочивают работу с генетически модифицированными организмами (ГМО). В связи с этим проанализировано нормативно-правовую базу Европейского Союза, которая касается традиционных ГМО, в части оценки рисков и получения разрешения на коммерческое использование. Показано, что отдельные положения законодательства ЕС, в частности отнесение мутагенеза под воздействием иони­зирующего излучения к безопасным методам селекции и анализ существенной эквивалентности путем простого сравнения состава ГМ организмов и их не-ГМ контрпарт­неров, не всегда учитывают последние научные достижения. Обсуждается также проблема отсутствия адекватных методов для детектирования новых организмов, полученных с использованием методов редактирования генома. Выводы. Действующая регуляторная база, которая сформировалась в Европейском Союзе в вопросе обращения с ГМО, и которую, согласно решению Суда, нужно применять также и в случае регулирования растений с редактированым геномом, не отвечает современным требованиям и нуждается в изменениях.

Purpose. Provide bioinformatic analysis and comparison of target regions of the acetolactate synthase (als) gene in several members of the Poaceae family and, on the basis of the obtained data, explore the possibility of creating a unified genetic construct for als gene editing using the CRISPR-Cas9 system. Methods. The als gene sequences of various members of the Poaceae family were obtained from the NCBI: Nucleotide database. For comparison, a fragment of the imi-2 gene of wheat of the soft line ‘TealIMI11A’ was used in two regions of the 367–390 and 1729–1749 nucleotide sequences. The Sequence Viewer 3.37.0 tool was used to assess the presence of nucleotide substitutions in the working sequence of the imi-2 gene. The dendrogram was built using the “Blast Tree” tool from the NCBI: Blast: Nucleotide resource. Results. A comparative analysis of the nucleotide sequences of seven different species was carried out: soft wheat (Triticum aestivum L.), common wild oat (Avena fatua L.), barley (Hordeum vulgare L.), Asian rice (Oryza sativa L.), maize (Zea mays L.), aleppo grass (Sorghum halepense Pers.) and Tausch’s goatgrass (Aegilops tauschii Coss.). The dendrogram is based on the gene sequence als, showed that all studied genotypes can be divided into two blocks: the first block included maize and aleppo grass, and the second block, a separate branch includes Asian rice and common wild oat, barley, soft wheat and Tausch’s goatgrass. 367–390 nucleotide sequences of soft wheat showed the highest 100% homology to Asian rice, Tausch’s goatgrass and common wild oat. The lowest homo­logy was for maize and aleppo grass at 83.3%. Evaluation of the nucleotide sequence 1729–1749 showed no complete homology at the 100% level. It was the highest for barley and Tausch’s goatgrass – 95.2%, and the lowest for rice, maize and aleppo grass – 80.9% each. Conclusions. The analysis confirms a significant degree of homology of the als gene sequence for various species of the Poaceae family, which allows us to create a universal genetic vector. However, taking into account the high degree of sequence homology for species such as soft wheat, Tausch’s goatgrass, barley, Asian rice and common wild oat, it can be assumed that the corresponding genetic vector can be used with the greatest efficiency to alter the als gene of these genotypes.

Purpose. Reviewing the literature on modern technologies of genetic modification of crop genomes. Results. The current state of genetically modified plants creation is analyzed. The information on cis-, intra- and subgenic plants and their comparison with transgenic crops is given. Examples of cis- and intragenesis application for improving characteristics of crops are provided. Such state-of-the-art technology of crop genome modification as genome editing is considered. Conclusions. Technologies for producing cis-, intra-, subgenic plants are rapidly developing and resulting in crops of the 21st century that can solve the problem of food provision for a constantly growing world population with the least contrary to the public interest.

Purpose. Provide bioinformatic analysis and comparison of target regions of the acetolactate synthase (als) gene in several members of the Poaceae family and, on the basis of the obtained data, explore the possibility of creating a unified genetic construct for als gene editing using the CRISPR-Cas9 system.Methods. The als gene sequences of various members of the Poaceae family were obtained from the NCBI: Nucleotide database. For comparison, a fragment of the imi-2 gene of wheat of the soft line ‘TealIMI11A’ was used in two regions of the 367–390 and 1729–1749 nucleotide sequences. The Sequence Viewer 3.37.0 tool was used to assess the presence of nucleotide substitutions in the working sequence of the imi-2 gene. The dendrogram was built using the “Blast Tree” tool from the NCBI: Blast: Nucleotide resource. Results. A comparative analysis of the nucleotide sequences of seven different species was carried out: soft wheat (Triticum aestivum L.), common wild oat (Avena fatua L.), barley (Hordeum vulgare L.), Asian rice (Oryza sativa L.), maize (Zea mays L.), aleppo grass (Sorghum halepense Pers.) and Tausch’s goatgrass (Aegilops tauschii Coss.). The dendrogram is based on the gene sequence als, showed that all studied genotypes can be divided into two blocks: the first block included maize and aleppo grass, and the second block, a separate branch includes Asian rice and common wild oat, barley, soft wheat and Tausch’s goatgrass. 367–390 nucleotide sequences of soft wheat showed the highest 100% homology to Asian rice, Tausch’s goatgrass and common wild oat. The lowest homo­logy was for maize and aleppo grass at 83.3%. Evaluation of the nucleotide sequence 1729–1749 showed no complete homology at the 100% level. It was the highest for barley and Tausch’s goatgrass – 95.2%, and the lowest for rice, maize and aleppo grass – 80.9% each.Conclusions. The analysis confirms a significant degree of homology of the als gene sequence for various species of the Poaceae family, which allows us to create a universal genetic vector. However, taking into account the high degree of sequence homology for species such as soft wheat, Tausch’s goatgrass, barley, Asian rice and common wild oat, it can be assumed that the corresponding genetic vector can be used with the greatest efficiency to alter the als gene of these genotypes. | Цель. Провести биоинформатический анализ и сравнить целевые участки гена ацетолактат синтазы (als) у нескольких представителей семейства Злаковых и на основе полученных данных исследовать возможность создания унифицированной генетической конструкции для направленного изменения гена als с помощью системы CRISPR-Cas9.Методы. Сиквенсы гена als различных представителей семейства Злаковых были получены из базы данных NCBI: Nucleotide. Для сравнения был использован фрагмент гена imi-2 пшеницы мягкой линии ‘TealIMI11A’ в двух участках сиквенса 367–390 и 1729–1749 нуклеотидов. Для оценки наличия нуклеотидных замен в рабочих сиквенсах гена imi-2 использовали инструмент ‘Sequence Viewer 3.37.0’. Дендрограмму строили с использованием инструмента “Blast Tree” с ресурса NCBI: Blast: Nucleotide. Результаты. Был проведен сравнительный анализ нуклео­тидных последовательностей семи различных видов: пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.), овсюга обыкновенного (Avena fatua L.), ячменя обыкновенного (Hordeum vulgare L.), риса посевного (Oryza sativa L.), кукурузы (Zea mays L.), сорго алепского (Sorghum halepense Pers.) и эгилопса Тауша (Aegilops tauschii Coss.). На основе сравнительного анализа сиквенса участков гена іmi-2 для 7-ми генотипов построили филогенетическое дерево, которое показало, что исследованные виды можно разделить на два блока. В первый блок вошли кукуруза и сорго алеппское, а ко второму блоку – рис посевной, овсюг обыкновенный, ячмень обыкновенный, пшеница мягкая и эгилопс Тауша. Определение степени гомологии между последовательностью 367–390 нуклеотида пшеницы мягкой и другими видами показала, что абсолютной была гомология с соответствующими последовательностями риса посевного, эгилопса Тауша и овсюга обыкновенного (100%). Наименьшим нуклеотидное родство оказалось для кукурузы и сорго алеппского – по 83,3%. На участке 1729–1749 нук­леотидов гена іmi-2 никакой из 6 сиквенсов не показал 100% гомологии с последовательностью пшеницы мягкой. Самой высокой она была для ячменя обыкновенного и эгилопса Тауша – 95,2%, а наименьшей для риса посевного, кукурузы и сорго алеппского – по 80,9%.Выводы. Проведенный анализ подтверждает значительную степень гомологии последовательности гена als для различных видов семейства Злаковых. Это позволяет допустить возможность создания универсальной генетической конструкции, с помощью которой можно осуществлять редактирование генома и получения растений, устойчивых к гербициду разных представителей этой семьи. Учитывая высокую степень гомологии последовательностей для таких видов как пшеница мягкая, эгилопс Тауша, ячмень обыкновенный, рис посевной и овсюг обыкновенный, можно предположить, что с наибольшей эффективностью соответствующая генетическая конструкция может быть использована для редактирования гена als именно этих генотипов. | Провести біоінформатичний аналіз та порівняти цільові ділянки гена ацетолактат синтази (als) у декількох представників родини Злакових і на основі отриманих даних дослідити можливість створення уніфікованої генетичної конструкції для направленого редагування гена als за допомогою системи CRISPR-Cas9. Методи. Сиквенси гена als різних представників родини Злакових було отримано з бази даних NCBI: Nucleotide. Для порівняння було використано фрагмент гена іmi-2 пшениці м’якої лінії ‘TealIMI11A’ у двох ділянках сиквенсу: 367–390 та 1729–1749 нук­леотидів. Для оцінювання наявності нуклеотидних замін в робочих сиквенсах гена іmi-2 використовували інструмент “SequenceViewer 3.37.0”. Дендрограму будували з використанням інструменту ‘BlastTree’ з ресурсу NCBI: Blast: Nucleotide. Результати. Було проаналізовано нуклеотидні послідовності сімох різних видів: пшениці м’якої (TriticumaestivumL.), вівсюга звичайного (AvenafatuaL.), ячменю звичайного (HordeumvulgareL.), рису посівного (OryzasativaL.), кукурудзи (ZeamaysL.), сорго алепського (SorghumhalepensePers.) та егілопса Тауша (AegilopstauschiiCoss.). На основі порівняльного аналізу сиквенсу ділянок гена іmi-2 для 7-ми генотипів було побудовано філогенетичне дерево, яке показало, що досліджені види можна поділити на два блоки. До одного з них увійшли кукурудза та сорго алепське, а до другого – рис посівний, вівсюг звичайний, ячмінь звичайний, пшениця м’яка та егілопс Тауша. Визначення ступеня гомології між послідовністю 367–390 нуклеотиду пшениці м’якої та іншими видами показало, що абсолютною була гомологія з відповідними послідовностями рису посівного, егілопса Тауша та вісюга звичайного (100%). Найменшою нуклеотидна спорідненість виявилась для кукурудзи та сорго алепського – 83,3%. У ділянці 1729–1749 нуклеотидів гена іmi-2 жоден з 6 сиквенсів не показав 100% гомології з послідовністю пшениці м’якої. Найвищою вона була до ячменю звичайного та егілопсу Тауша – 95,2%, а найменшою для рису посівного, кукурудзи та сорго алепського – по 80,9%. Висновки. Проведений аналіз підтверджує значний ступінь гомології послідовності гена als для різних видів родини Злакових. Це дозволяє зробити припущення про можливість створення універсальної генетичної конструкції, за допомогою якої можна редагувати геном та отримувати рослини, стійкі до гербіцидів різних представників цієї родини. Зважаючи на вищий ступінь гомології послідовностей для таких видів як пшениця м’яка, егілопс Тауша, ячмінь звичайний, рис посівний та вівсюг звичайний, можна припустити, що ефективнішою відповідна генетична конструкція буде для редагування гена als саме цих генотипів.

Purpose. To analyze the current state of crop improvement using CRISPR/Cas technology of genome modifications. Results. The history of the development of genome editing technologies with site-specific endonucleases is presented. The current state of plant varieties creation using these technologies was analyzed. It was shown that CRISPR/Cas technology of gene editing has already been adapted for 20 species of crops, for more than 150 genes associated with important traits. The practical implementation of this technology was presented on the example of rice, for which the greatest progress in the research and use of CRISPR/Cas technology was observed: the largest number of genes has been modified – 78; more than 20 varieties were obtained. Edited rice genes associated with such traits as grain size, grain number, plant height, male sterility, cesium accumulation, tolerance to abiotic and biotic stresses, and resistance to herbicides. The possibility of multiplex editing of a potentially unlimited number of genes was underlined. The situation on the regulation of plants created by genome editing technology was discussed: according to the decision of the European Union (EU) court, all EU regulations and restrictions on the cultivation and sale of products, in particular plant varieties, obtained using genome editing techniques are applied as well as to GMOs, while according to the USDA such plants, except parasitic plants, are not regulated as GMOs. Information on the statement, approved by leading scientists representing more than 90 European research centers and institutes for the study of plants and biological sciences was provided in support of genome editing technology. Conclusions. Among the genome editing technologies, CRISPR/Cas technology is one of the most powerful approaches, which has become extensively used in plant breeding due to such advantages as high accuracy and quality, efficiency and technical flexibility, relatively low cost compared to other methods. This available method allows obtaining non-transgenic plants with specified modifications, and it is possible to simultaneously “produce” mutations in several targets. | Мета. Проаналізувати сучасний стан поліпшення сільськогосподарських культур за допомогою CRISPR/Cas-техно­логії генетичної модифікації геномів. Результати. Наведено історію розвитку технологій редагування генома із сайт-специфічними ендонуклеазами. Проаналізовано сучасний стан створення сортів рослин за допомогою цих технологій. Показано, що технологія редагування генів CRISPR/Cas уже адаптована для 20 видів сільськогосподарських культур для більш ніж 150 генів, пов’язаних із важливими ознаками. Практичне впровадження цієї технології представлено на прикладі рису, для якого спос­терігається найбільший прогрес у дослідженнях та використанні CRISPR/Cas-технології: модифіковано найбільшу кількість генів – 78; отримано понад 20 сортів. Редаговано гени рису, що пов’язані з такими ознаками, як розмір зерна, озерненість, висота рослини, чоловіча стерильність, накопичення цезію, толерантність до абіотичних та біотичних стресів, стійкість до гербіцидів. Підкреслено можливість мультиплексного редагування потенційно необмеженої кількості генів. Обговорено ситуацію щодо регулювання рослин, створених за технологією редагування генома: за рішенням суду Європейського Союзу (ЄС) на продукцію, отриману за допомогою методик редагування геномів, зокрема сорти рослин, поширюються всі нормативні правила та обмеження ЄС на вирощування і продаж, що й на ГМО, тоді як Міністерство сільського господарства США визначило, що такі рослини, крім рослин-паразитів, не регулюються як ГМО. Надано інформацію про заяву, схвалену провідними вченими, які представляють понад 90 європейських дослідницьких центрів та інститутів з досліджень рослин та біологічних наук, у підтримку технології редагування геномів. Висновки. Серед технологій редагування генома CRISPR/Cas-технологія є одним із найпотужніших підходів, який став дуже швидко застосовуватися в селекції рослин завдяки таким перевагам над іншими методами як висока точність і якість, ефективність та технічна гнучкість, відносно низька вартість. Цей дос­тупний метод дає змогу отримувати нетрансгенні рослини із заданими модифікаціями, причому можна одночасно «виробляти» мутації в кількох мішенях. | Цель. Проанализировать современное состояние улучшения сельскохозяйственных культур с помощью CRISPR/Cas-технологии генетической модификации геномов. Результаты. Представлена история развития технологий изменения генома с сайт-специфическими эндонуклеазами. Проанализировано современное сос­тояние создания генноредактированных растений. Показано, что технология изменения генов CRISPR/Cas уже адаптирована для 20 видов сельскохозяйственных культур для более 150 генов различных признаков. Практическое внедрение этой технологии дано на примере риса, для которого наблюдается наибольший прогресс в исследованиях и использовании CRISPR/Cas-технологии: модифицировано наибольшее число генов – 78; получено более 20 генноредактированных сортов. Отредактировано гены риса, связанные с такими признаками, как размер зерна, озерненность, высота растения, мужская стерильность, накопление цезия, толерантность к абиотическим и биотическим стрессам, устойчивость к гербицидам. Подчеркнута возможность мультиплексного редактирования потенциально неограниченного числа генов. Представлена информация по регулированию растений, созданных по технологии редактирования генома: по решению суда Европейского Союза (ЕС) на продукцию, полученную с помощью методик редактирования геномов, в частности сорта растений, распространяются все нормативные правила и ограничения ЕС на выращивание и продажу, что и на ГМО, тогда как решением Министерства сельского хозяйства США такие растения, кроме растений-паразитов, не регулируются как ГМО. Приведена информация о заявлении, подписанном ведущими учеными, представляющими более 90 европейских исследовательских центров и институтов по исследованиям растений и биологических наук, в поддержку технологии редактирования геномов. Выводы. Среди технологий редактирования генома CRISPR/Cas-технология является одним из самых мощных подходов, который стал очень быстро применяться в селекции растений благодаря таким преимуществам перед другими методами, как высокая точность и качество, эффективность и техническая гибкость, относительно низкая стоимость. Этот доступный метод позволяет получать нетрансгенные растения с заданными модификациями, причем можно одновременно «производить» мутации в нескольких мишенях.

Purpose. Reviewing the literature on modern technologies of genetic modification of crop genomes. Results. The current state of genetically modified plants creation is analyzed. The information on cis-, intra- and subgenic plants and their comparison with transgenic crops is given. Examples of cis- and intragenesis application for improving characteristics of crops are provided. Such state-of-the-art technology of crop genome modification as genome editing is considered. Conclusions. Technologies for producing cis-, intra-, subgenic plants are rapidly developing and resulting in crops of the 21st century that can solve the problem of food provision for a constantly growing world population with the least contrary to the public interest.