Ген вызывает мужскую стерильность у томатов
Исследователи из Японии обнаружили ген, лежащий в основе мужской стерильности у растений томата.
В исследовании, опубликованном в феврале 2022 года в Plant Physiology, учёные из Университета Цукубы показали, что ген orf137 обусловливает определённый тип мужской стерильности у томатов, и продемонстрировали механизм этого явления.
Цитоплазматическая мужская стерильность (CMS) — это признак, при котором растение не способно производить фертильную пыльцу. Он является результатом несовместимости между геномами клеточного ядра и митохондрии — «энергетической станции» клетки. CMS важна для сельского хозяйства, так как используется для эффективного производства гибридных семян F1 (первого поколения от скрещивания различных родительских типов). Механизм, запускающий CMS, исследовался у различных зерновых культур и оказался связан с генами, кодируемыми митохондриальным геномом. Однако до этого исследования он не был определён у томатов.
«Гены, связанные с CMS, были найдены у ряда культур, таких как кукуруза, пшеница и рис, но до сих пор ни один не был идентифицирован у томатов», — поясняет старший автор исследования профессор Тору Ариидзуми. — «Мы решили найти эти гены, используя mitoTALENs».
MitoTALENs (митохондриальные нуклеазы, подобные эффекторам транскрипционного активатора) — это инновационный инструмент для редактирования геномов, позволяющий целенаправленно нарушать работу генов в митохондриальном геноме. Их использовали для нарушения работы нескольких митохондриальных генов, связанных с CMS, у других культур.
Сравнивая открытые рамки считывания (ORF) — участки ДНК между старт- и стоп-кодонами — у стерильных (CMS) и фертильных сортов томатов, команда идентифицировала ген orf137, связанный с CMS. Этот ген присутствовал специфично в митохондриальном геноме CMS-томатов.
Результаты показали, что mitoTALEN вызывал целенаправленный мутагенез, приводя к двухцепочечным разрывам (DSB) вокруг orf137. Также было продемонстрировано, что механизм репарации после DSB опосредован гомологичной рекомбинацией — путём восстановления разрывов, который поддерживает стабильность генома.
«Мы идентифицировали митохондриальный orf137 как ген, связанный с CMS, который полностью лежит в основе мужского стерильного фенотипа CMS-растений томата», — говорит профессор Ариидзуми.
Результаты этого исследования предлагают основу для разработки эффективной системы гибридной селекции F1, использующей CMS-растения томата, несущие orf137. В будущем гибридные семена томатов F1 можно будет производить с помощью насекомых-опылителей вместо используемых в настоящее время систем ручного опыления, что снизит стоимость производства семян.