Новый ген может улучшить вкус и срок хранения томатов

Покупка томатов и других фруктов в магазине — всегда лотерея: они часто выглядят хорошо и остаются твердыми, но при этом лишены вкуса. Группа ученых-растениеводов обнаружила ген, который может увеличить шансы на то, что будущие магазинные помидоры останутся твердыми до момента покупки, но при употреблении будут иметь правильное сочетание вкуса и мягкости.

Исследование под руководством Джима Джованнони из Института Бойса Томпсона может стать благом для коммерческих производителей фруктов, которые ищут способы продлить срок хранения урожая, не жертвуя вкусом.

Работа описана в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, с участием авторов из BTI, Корнеллского университета, Министерства сельского хозяйства США (USDA) и Чжэцзянского университета.

Фрукты становятся мягче по мере созревания, что делает их уязвимыми для повреждений или гниения при транспортировке. Фермеры продлевают срок хранения, собирая плоды до созревания и контролируя температуру и другие факторы при транспортировке. Но эти методы задерживают весь процесс созревания, в результате чего томаты и другие фрукты остаются твердыми, но безвкусными.

Исследование изучило геном томата (Solanum lycopersicum) в поисках генов, участвующих в размягчении плода, но не в его созревании. Команда идентифицировала фактор транскрипции S. lycopersicum lateral organ boundaries (SlLOB1), который регулирует широкий спектр генов, связанных с клеточной стенкой, и процессы размягчения плода.

"До сих пор почти все факторы транскрипции, которые мы идентифицировали в томате, были вовлечены в глобальный контроль созревания. SlLOB1 интересен тем, что он в первую очередь регулирует гены, участвующие в размягчении клеточной стенки и других текстуральных изменениях плода", — сказал Джованнони.

Модуляция SlLOB1 может дать спелые — а значит, вкусные — томаты, которые еще не начали размягчаться, увеличивая их срок хранения.

Предыдущие работы группы Джованнони показали, что многие факторы транскрипции, связанные с созреванием томата, изначально экспрессируются в локуле плода — гелеобразной ткани, окружающей семена.

"Большинство биологов, изучающих плоды, отбрасывают локularный гель, потому что он содержит семена. Но первые признаки созревания появляются именно в локуле, еще до того, как плод начинает менять цвет или вырабатывать этилен. Поэтому наша группа последние несколько лет пристальнее изучает локул", — пояснил он.

Исходя из этого, команда искала в базе данных экспрессии генов томата факторы транскрипции, высоко экспрессируемые в локуле. Также они искали гены с повышенной экспрессией в перикарпе (наружной стенке плода), полагая, что там могут экспрессироваться специфичные для размягчения факторы транскрипции. В обеих тканях высокие уровни SlLOB1 совпадали со созреванием.

В живых растениях томата подавление экспрессии SlLOB1 приводило к задержке размягчения и более твердым плодам, тогда как сверхэкспрессия гена ускоряла процесс размягчения.

Ключевым моментом стало то, что подавление экспрессии SlLOB1 не повлияло на процесс созревания: томаты созревали в обычные сроки. Уровни сахаров и кислот в плодах не изменились, что позволяет предположить, что "с точки зрения вкуса плоды, вероятно, не изменились", хотя в исследовании не было дегустационных тестов. "Что изменилось, так это текстура плодов: они дольше оставались твердыми и позже размягчались".

"Если мы сможем найти варианты гена SlLOB1, которые задерживают размягчение, селекционеры смогут внедрить их в коммерческие сорта, чтобы производить высококачественные, вкусные томаты, которые не становятся слишком мягкими до того, как потребитель принесет их домой", — сказал Джованнони.

Задержка размягчения, вызванная ингибированием экспрессии SlLOB1, была связана с еще одним изменением: плоды становились темно-красными из-за более высокого уровня пигментов бета-каротина и ликопина в локуле и ликопина в перикарпе.

"Эти томаты также имеют повышенную питательную ценность, потому что эти пигменты являются антиоксидантами, а ваш организм преобразует бета-каротин в витамин А", — отметил Джованнони.

Помимо изучения генетического разнообразия SlLOB1 среди сортов томата, группа Джованнони работает над внедрением SlLOB1 и других генов в сорта томатов семейной реликвии, которые ценятся за качество и вкус, но непригодны для коммерческого производства из-за плохого срока хранения.