Генетика винограда раскрывает секрет идеального цветка

Винные и столовые сорта винограда существуют благодаря генетическому обмену, настолько редкому, что за последние 6 миллионов лет он произошел в природе всего дважды. С момента одомашнивания виноградной лозы 8000 лет назад селекция остается лотереей.

Когда современные виноградари выводят новые сорта, пытаясь получить более вкусные и устойчивые к болезням ягоды, селекционерам требуется от двух до четырех лет, чтобы понять, есть ли у растения генетические компоненты для идеального цветка.

Женские цветки дают плоды, но производят стерильную пыльцу. Мужские имеют тычинки с пыльцой, но не дают плодов. Идеальный (гермафродитный) цветок, однако, несет оба половых гена и может самоопыляться. Такие сорта обычно дают более крупные и вкусные грозди, и именно их исследователи используют для дальнейшей гибридизации.

Ученые из Корнеллского университета совместно с Калифорнийским университетом в Дэвисе определили ДНК-маркеры, которые определяют пол цветка винограда. В процессе они также установили генетическое происхождение идеального цветка. Их статья «Множественные независимые рекомбинации привели к гермафродитизму у виноградной лозы» опубликована 13 апреля в Proceedings of the National Academy of Science.

«Это первое геномное доказательство того, что пол цветка виноградной лозы имеет несколько независимых происхождений», — сказал Джейсон Лондо, автор-корреспондент статьи и исследователь-генетик из Отдела генетики винограда USDA-ARS, расположенного в Корнеллском AgriTech.

«Это исследование важно для селекции и производства, потому что мы разработали генетические маркеры, которые показывают, какой именно тип цветка имеет каждое растение», — сказал Лондо. — «Таким образом, селекционеры могут выбирать и сохранять только те комбинации, которые они хотят видеть в будущем».

Сегодня большинство культивируемых сортов винограда являются гермафродитами, тогда как все дикие представители рода Vitis имеют только мужские или женские цветки. Поскольку селекционеры пытаются внедрить гены устойчивости к болезням от диких видов в новые линии, возможность отбора сеянцев по полу цветка становится все более важной. А поскольку пол винограда невозможно определить только по семенам, селекционеры тратят много времени и ресурсов на выращивание лоз, чтобы через несколько лет отбраковать их, узнав, что это однополые сорта.

В исследовании команда изучила последовательности ДНК сотен геномов диких и одомашненных виноградных лоз, чтобы определить уникальные полоопределяющие регионы для мужских, женских и гермафродитных видов. Они проследили происхождение существующей гермафродитной ДНК до двух отдельных событий рекомбинации, произошедших где-то между 6 миллионами и 8000 лет назад.

Лондо предполагает, что древние виноградари случайно наткнулись на эти высокоурожайные лозы и собрали семена или черенки для своих нужд — тем самым закрепив признак гермафродитного цветка в одомашненных виноградных лозах, которые используются сегодня.

Многие винные сорта можно проследить до первого или второго генофонда. Сорта, такие как каберне фран, каберне совиньон, мерло и кишмиш белый, происходят из первого генофонда. Семейство пино, совиньон блан и гаме нуар происходят из второго генофонда.

Уникальность шардоне и рислинга заключается в том, что они несут гены от обоих событий. Лондо сказал, что это указывает на то, что древние виноградари скрещивали виноград между двумя генофондами, что привело к появлению некоторых из самых важных современных сортов.

Документирование генетических маркеров для идентификации мужских, женских и идеальных цветков в конечном итоге поможет ускорить выведение сортов и снизить затраты на селекционные программы.

«Чем больше ДНК-маркеров винограда будет идентифицировано, тем больше селекционеры смогут продвигать винную и виноградарскую отрасль», — сказал соавтор Брюс Райш. — «Современные технологии генетического секвенирования и межведомственные исследовательские коллаборации — ключ к созданию лучших сортов винограда для производителей».