» » Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными

Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными


Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными
Слева: незрелый помидор сорта «Ailsa Craig» с обычным, то есть неравномерным созреванием: «плечи» плода темно-зеленые, низ более светлый (генотип U/U). Справа: плод родственного сорта «Craigella» с равномерным созреванием (генотип u/u): весь плод бледно-зеленый. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

В течение последних 70 лет селекционеры вывели ряд сортов томатов с равномерно созревающими плодами. Это облегчило сбор и реализацию урожая, но плохо сказалось на вкусовых качествах помидоров. Биологи из США и Испании расшифровали генетическую основу произошедшего изменения. Оказалось, что равномерное созревание вызывается мутацией, выводящей из строя регуляторный ген GLK2. Этот ген стимулирует развитие хлоропластов в незрелых плодах, преимущественно в их верхней (пристеблевой) части. У растений с испорченным GLK2 незрелые плоды имеют равномерную бледно-зеленую окраску и так же равномерно краснеют. При этом из-за пониженного уровня фотосинтеза в них образуется меньше сахаров и других растворимых веществ, что и лишает помидор вкуса и аромата. Если вставить в геном таких растений работающий ген GLK2 и заставить его экспрессироваться во всём плоде, а не только в верхней части, можно получить помидоры с еще более высоким содержанием ценных веществ, чем в исходных, неиспорченных селекцией плодах.

Равномерно созревающие сорта томатов (Solanum lycopersicum) нравятся производителям, потому что их легче собирать и продавать: сразу видно, когда плод созрел, и не приходится гадать, что делать с плодами, которые с одного бока уже красные, а с другого еще не очень. Правда, такие помидоры водянисты на вкус, в них понижено содержание сахаров, но что поделаешь: массовое производство требует жертв.

Признак «равномерное созревание» определяется генетическим локусом uniform ripening (u), от которого зависит количество и распределение хлорофилла в незрелых плодах. Доминантный аллель U определяет обычное, неравномерное созревание, при котором верхняя часть незрелого плода имеет темно-зеленую, а низ — светло-зеленую окраску. Растения, гомозиготные по рецессивному аллелю u (генотип u/u) дают равномерно созревающие плоды. В незрелом состоянии такие помидоры одинаково бледно-зеленые со всех сторон.

Молекулярная природа локуса u до сих пор была неизвестна. Генетики из США и Испании решили восполнить этот пробел. Для начала они воспользовались стандартными методами генетического картирования, скрещивая равномерно созревающие сорта (u/u) с дикими родственниками культурных томатов, Solanum pennellii и S. pimpinellifolium, и подсчитывая частоту рекомбинации между локусами. Это позволило выявить небольшой (60 тысяч пар оснований) участок короткого плеча 10-й хромосомы (у томата 12 хромосом в гаплоидном геноме), в котором находится искомый локус u.


Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными

Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными
Сорта томатов, использовавшиеся для генетического картирования: два равномерно созревающих сорта с генотипом u/u (M82 и Moneymaker), два диких родственника культурных томатов (Solanum pennellii и S. pimpinellifolium) и их гибриды. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Из восьми генов, находящихся в этом участке, главным подозреваемым сразу стал ген GLK2, кодирующий регуляторный белок (транскрипционный фактор) Golden 2-like — важнейший регулятор развития хлоропластов у растений. У наземных растений, от мхов до цветковых, есть два гена со схожими функциями — GLK1 и GLK2, роль которых состоит в активации множества генов, необходимых для роста хлоропластов и фотосинтеза. В листьях работают оба гена вместе, причем их функции отчасти перекрываются: для серьезных нарушений фотосинтеза часто бывает недостаточно отключить один из них, нужно вывести из строя оба. Как они работают в сочных плодах, до сих пор не было известно.

Авторы установили, что в листьях томатов, как и у других растений, работают оба гена-регулятора, а в зреющих плодах — только один, GLK2. Они отсеквенировали этот ген у сортов с генотипами U/U и u/u и обнаружили, что в первом случае ген GLK2 кодирует полноценный регуляторный белок длиной в 310 аминокислот. Во втором случае из-за вставки одного лишнего нуклеотида в гене образовался преждевременный стоп-кодон, что приводит к синтезу никуда не годного, «усеченного» варианта белка длиной в 80 аминокислот. Больше никаких различий в нуклеотидных последовательностях между равномерно созревающими и обычными помидорами обнаружено не было.

Таким образом, ген GLK2 — это и есть локус u, а мутация, приводящая к равномерному созреванию, представляет собой его поломку, из-за которой в плодах не вырабатывается важнейший регулятор фотосинтеза.

Чтобы окончательно убедиться в этом и уточнить детали, авторы провели серию экспериментов с генно-модифицированными томатами, в геном которых были вставлены гены GLK1 или GLK2, заимствованные у другого растения — любимого модельного объекта генетиков резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Гены вставлялись в комбинации с разными промоторами (регуляторными участками), что заставляло их работать в разных органах растения и на разных этапах развития.


Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными

Стадии созревания плодов контрольного равномерно созревающего помидора u/u (вверху) и двух генно-модифицированных линий, у которых в незрелом плоде экспрессируется ген GLK1 (в середине) или GLK2 (внизу), заимствованный у растения Arabidopsis thaliana. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Оказалось, что если любой из двух генов (GLK1 или GLK2) активируется в незрелом плоде растения с генотипом u/u, то хлоропласты там становятся крупнее и многочисленнее, а сам плод приобретает темно-зеленую окраску. Из-за более активного фотосинтеза в таком помидоре, когда он созревает, оказывается на 40% больше глюкозы и фруктозы. Общее содержание растворимых сухих веществ в соке спелых генно-модифицированных помидоров оказалось на 21% выше, чем у контрольных плодов u/u. Интересно, что у помидоров «дикого типа» с генотипом U/U этот показатель лишь на 10% выше, чем у равномерно созревающих сортов. Дело, скорее всего, в том, что у нормальных помидоров U/U ген GLK2 работает в основном в верхней части плода, которая и приобретает темно-зеленую окраску, а низ остается светлым. У ГМ-помидоров, с которыми работали исследователи, этот ген регулируется другими промоторами, что заставляет его экспрессироваться во всём плоде. Возможно, именно поэтому содержание сахаров и других растворимых веществ в ГМ-плодах оказалось таким высоким. Не исключено, что авторы изобрели способ, как сделать помидоры сверхвкусными. К сожалению, о вкусовых качествах помидоров они умалчивают, ограничившись сухими цифрами и графиками содержания сахаров и каротиноидов.

Хочется верить, что эта работа — первый шаг к избавлению человечества от красивеньких с виду, но безвкусных овощей.

Источник: Ann L. T. Powell, Cuong V. Nguyen, Theresa Hill, KaLai Lam Cheng, Rosa Figueroa-Balderas, Hakan Aktas, Hamid Ashrafi, Clara Pons, Rafael Fernandez-Munoz, Ariel Vicente, Javier Lopez-Baltazar, Cornelius S. Barry, Yongsheng Liu, Roger Chetelat, Antonio Granell, Allen Van Deynze, James J. Giovannoni, Alan B. Bennett. Uniform ripening Encodes a Golden 2-like Transcription Factor Regulating Tomato Fruit Chloroplast Development // Science. 2012. V. 336. P. 1711–1715.

Александр Марков


05 октябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Китайские генетики поняли, почему японский рис не скрещивается с индийским

Многочисленные сорта культурного риса (Oryza sativa) подразделяются на две группы или подвида: O. s. japonica (круглозерный, клейкий рис) и O. s. indica (длиннозерный, неклейкий). Между подвидами

Будущее — за фиолетовыми помидорами

Жители больших городов лишены возможности приготовить салатик из помидоров с собственной грядки и вынуждены идти за ними в супермаркет. Не исключено, что в скором времени вместо привычных красных

Обнаружен белок, отвечающий за слияние мышечных клеток в мышечные волокна

При формировании мышц во время эмбрионального развития одним из ключевых событий является слияние мышечных клеток в единое многоядерное мышечное волокно. Однако механизм, координирующий это слияние,

Несовместимые гены у представителей одного и того же вида оказались обычным явлением

Американские биологи обнаружили, что взаимно несовместимые пары аллелей нередко встречаются внутри единого, неразделенного видового генофонда. Этот вывод подтвержден на больших искусственных

Альтернативный сплайсинг помогает растениям регулировать сроки цветения в зависимости от погоды

У модельного растения резуховидки Таля имеется сложная система регуляции сроков цветения в зависимости от температуры и продолжительности светового дня. Биологи из Германии и Нидерландов разобрались

Найден ген, превращающий простые листья в сложные

Изучение мутантных растений, у которых вместо сложных листьев формируются простые, позволило генетикам из Великобритании, Германии и США частично расшифровать генетические основы эволюции формы
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Камеры заднего видаКалькулятор тарифов Яндекс на таксиОсновные преимущества керамической плиткиАвтосвет, нюансы ремонта и обслуживанияЭкстрасенсы помогают следствию в раскрытии преступленийВьетнамские дети попрыгали через мертвую змею вместо скакалкиСамостоятельные путешествия, что важно знатьНа реке Генхе в Китае появился редкий вращающийся ледяной диск