Один ген резко повышает урожайность и сладость гибридных томатов
Учёные из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) и Еврейского университета в Израиле идентифицировали ген, который заставляет гибридные растения томата значительно увеличивать урожай. Действие этого гена, контролирующего время цветения, проявляется у разных сортов томата и, что критически важно, в различных условиях окружающей среды.
Гетерозис и «сверхдоминирование»
Открытие было сделано в ходе поиска генов, усиливающих гибридную мощь (гетерозис) — явление, при котором скрещивание двух сортов растений даёт более мощное гибридное потомство с повышенной урожайностью. Одна из теорий, подтверждаемая этим исследованием, постулирует, что усиление мощности может происходить от действия всего одного гена — эффект, называемый «сверхдоминированием» (overdominance).
Метод поиска и ключевое открытие
Для поиска таких генов команда использовала обширную «библиотеку мутантов» томата — 5000 растений, каждое из которых имеет одну мутацию в одном гене. Скрещивая различные мутанты с их нормальными аналогами, учёные искали гибриды с повышенной урожайностью.
Самый впечатляющий результат показал прирост урожайности на 60%. Оказалось, что этот гибрид имеет одну нормальную и одну мутировавшую копию гена, который производит белок флориген. Этот белок даёт растениям сигнал прекратить производить листья и начать формировать цветы (а затем и плоды).
Принцип «Златовласки»
У томатов цветение контролируется балансом между белком флориген (стимулирует цветение) и другим родственным белком (задерживает цветение). Мутация в одной копии гена флоригена приводит к производству идеального количества этого белка, что заставляет гибрид производить больше цветов за меньшее время — ключ к повышению урожайности.
«Это концепция Златовласки, — объясняет Закари Липпман (CSHL). — Чтобы максимизировать урожай, нельзя иметь слишком много или слишком мало флоригена. Мутация в одной копии гена даёт именно ту дозу флоригена, которая требуется для гетерозиса».
Эффект гетерозиса от этого гена наблюдался у разных сортов томатов, выращенных в различных климатических и почвенных условиях (в Израиле и Нью-Йорке).
Улучшение вкуса вопреки правилам
Помимо урожайности, гибриды показали улучшение вкуса. Обычно растения томата распределяют конечное количество сахара между всеми плодами, поэтому более высокий урожай означает меньше сахара в каждом плоде. Однако ген флоригена также повысил содержание сахара и сладость отдельных плодов.
Значение для селекции
Исследователи планируют изучить, могут ли родственные флоригену гены в других культурах вызывать гетерозис. Концепция, что мутация всего в одной копии одного гена может повысить урожай, имеет широкие последствия для селекции растений.
«Мутантные растения обычно выбрасывают, считая, что мутации негативно влияют на рост. Наши результаты показывают, что селекция с использованием гибридных мутаций может стать мощным новым способом увеличения урожайности не только у томатов, но и у всех культур», — говорит Липпман.
Исследование опубликовано в журнале Nature Genetics 28 марта.