Анализ диких томатов раскрывает генетическую основу признаков плода

Дикие виды томатов представляют собой богатый генофонд для множества желательных признаков, утраченных в процессе доместикации. Международная исследовательская группа, включая учёных из Института науки Вейцмана и IPK, использовала интрогрессионную популяцию дикого пустынного вида и культурного сорта томата для изучения передачи признаков плода, ассоциированных с диким видом, на генетическом, регуляторном и метаболическом уровнях. Результаты опубликованы в Nature Genetics.

В исследовании учёные использовали передовые генетические ресурсы вместе с мультимодальным молекулярным и фенотипическим профилированием для проведения интегративного QTL-анализа плода томата. Исследуемая популяция включала 580 интрогрессионных линий, созданных в лаборатории проф. Дани Замира из Еврейского университета в Иерусалиме. Каждая линия несёт небольшой фрагмент дикого томата Solanum pennellii на фоне современного сорта M82.

Команда проф. Асафа Аарони из Института науки Вейцмана провела мультимодальное профилирование плодов всей популяции, включая RNA sequencing, масс-спектрометрическую метаболомику и тесты на чувствительность к патогенам на разных стадиях развития. Полученный массив данных использовали в многоуровневом QTL-анализе, что позволило д-ру Енджею Якубу Шимански установить причинно-следственные связи между вариацией генетической последовательности, количественными изменениями в экспрессии генов и уровнях метаболитов, а также изменениями сложных фенотипических признаков.

Из сотен выявленных взаимодействий команда выбрала несколько интересных кандидатов. Исследователи сфокусировались на влиянии генов S. pennellii на вторичные (специализированные) метаболиты, связанные с питанием человека, и устойчивость плода к патогенам.

Были идентифицированы и охарактеризованы:

• Ферментативный этап в предполагаемом пути, в ходе которого α-томатин (основной антинутритивный и защитный алкалоид незрелых плодов) превращается в эскулеозиды и ликоперозиды при созревании. Этот химический сдвиг, вероятно, важен для снижения горечи и/или противодействия временным потребностям в защитных метаболитах.
• Локусы и гены, связанные с накоплением полезных для здоровья флавоноидов в кожице плода.

Наблюдаемые изменения в экспрессии генов и метаболизме (например, накопление защитных метаболитов) также влияли на сложные фенотипы, такие как устойчивость к патогенам. Повышенная устойчивость плодов к распространённому грибковому патогену B. cinerea отражалась на множестве уровней клеточной сложности — вариация последовательности генов, экспрессия генов, накопление специфических метаболитов.

Большой набор данных, созданный в ходе исследования, является уникальным ресурсом для научного сообщества. Он потенциально может быть использован для поиска десятков или сотен других кандидатов и интегрирован с уже опубликованными феномными данными для тех же интрогрессионных линий.

Исследование вклада диких видов в культурные плоды необходимо для всестороннего понимания метаболизма плодов и влияния искусственного отбора на положительные и отрицательные качества. Выявленные в работе генотип-фенотип ассоциации станут значительным вкладом в современные усилия по молекулярной селекции, направленные на восстановление ключевых качеств плодов, таких как вкус и устойчивость к патогенам.