Расшифровка генетических основ бессемянности винограда

Бессемянность столового винограда — ключевая цель селекции, в основном обусловлена стеноспермокарпией, связанной с сортом Томпсон Сидлис. Генетические исследования выявили ключевую роль в этом процессе гена VviAGL11, относящегося к семейству транскрипционных факторов MADS-box.

Этот ген, участвующий в развитии семян, имеет специфическую мутацию (Arg197Leu), сильно ассоциированную с бессемянностью. Однако функциональные механизмы, с помощью которых VviAGL11 индуцирует бессемянность, оставались неясными.

В июне 2022 года журнал Horticulture Research опубликовал статью "VviAGL11 саморегулируется и нацеливается на гены, связанные с гормонами и вторичным метаболизмом, во время развития семян".

Ключевые результаты исследования

1. Выделение и характеристика аллелей VviAGL11

  • Полная последовательность гена была выделена из девяти сортов винограда.
  • Обнаружено три основных варианта кодирующей последовательности (CDS): с семенами (дикий тип, WT), бессемянный (мутантный, MUT) и гибридный (HYB).
  • Выявлено два типа промоторов: для форм с семенами (WTpro) и бессемянных форм (MUTpro).
  • Обнаружена полная ассоциация: промотор WTpro встречался только с CDS WT, а промотор MUTpro — с CDS MUT или HYB.

2. Экспрессия и саморегуляция гена

  • Наибольший общий уровень экспрессии VviAGL11 зафиксирован у сорта Pizzutello Bianco (носитель аллеля HYB), а самый низкий — у Томпсон Сидлис.
  • VviAGL11 саморегулирует свою транскрипцию специфичным образом в зависимости от комбинации промотор-CDS.
  • Оба варианта CDS (WT и MUT) могут активировать промотор WTpro, тогда как все CDS активируют промотор MUTpro (наиболее сильная индукция — у HYB CDS).

3. Анализ мишеней гена

  • Транскриптомный анализ выявил 2490 повышенно- и 851 пониженно-экспрессируемых генов (DEGs) на стадии развития семян S3 при сравнении сортов с семенами (SD) и без (SL).
  • Повышенно-экспрессируемые гены участвуют в метаболизме и модификации белков, метаболизме нуклеиновых кислот и транспорте.
  • Пониженно-экспрессируемые гены в основном задействованы в "сигнальных путях" и "реакциях на стресс".
  • Ко-экспрессионный анализ выявил главные гены-мишени VviAGL11: метилжасмонатэстеразу, индол-3-ацетат бета-глюкозилтрансферазу и изофлавонредуктазу.
  • Роль VviAGL11 в регуляции этих генов подтверждена in vivo.

Выводы

Исследование показало, что три различные комбинации промотор-CDS гена VviAGL11 влияют на его экспрессию и признак бессемянности. Ген способен к самоактивации в специфичных комбинациях и регулирует ключевые гены, участвующие в гормональной сигнализации и вторичном метаболизме.

Основной вывод: CDS дикого типа (WT) активирует гены, критически важные для развития семян. Открыт новый регуляторный механизм, связывающий гаплотипы VviAGL11 с бессемянностью, что открывает перспективы для селекции винограда на бессемянность и оптимизацию размера ягод.

2023-12-21