Расшифровка генетики аскорбиновой кислоты: глубокий анализ содержания витамина C в клубнике и влияния окружающей среды

Витамин C, или аскорбиновая кислота (AsA) — распространённый антиоксидант в растениях и животных. Он выполняет множество функций: от кофактора ферментов до защиты от окислительного стресса при фотосинтезе.

Люди не могут синтезировать AsA из-за генетической мутации и получают её с пищей, в основном из фруктов и овощей. У растений существует несколько путей биосинтеза AsA, основной — путь Смирнова-Уилера. Транспорт и регенерация AsA критически важны для клеточного баланса.

Селекция клубники на урожайность и устойчивость к вредителям может непреднамеренно влиять на содержание AsA. Хотя генетический контроль содержания AsA в плодах изучен для некоторых культур, его понимание для клубники может улучшить её питательную ценность и стрессоустойчивость.

В январе 2023 года Horticulture Research опубликовал исследование "QTL analysis for ascorbic acid content in strawberry fruit reveals a complex genetic architecture and association with GDP-L-galactose phosphorylase".

Ход и результаты исследования:

  1. Предварительный анализ 35 линий из популяции 'Candonga' (Can)×'Senga Sengana' (SS) в сезоне 2016–2017 показал значительную вариацию содержания AsA, что позволило перейти к картированию QTL.

  2. Расширенное исследование (2017–2018) оценило AsA в 113 F1-линиях, выращенных в пяти европейских странах (Польша, Германия, Франция, Италия, Испания).

    • На содержание AsA влияют как генетические, так и средовые факторы.
    • Обнаружена положительная корреляция содержания AsA между странами, что указывает на сохранение уровня у генотипов независимо от среды и сильный генетический компонент.

  3. Картирование QTL с использованием карты сцепления Can×SS и 6974 маркеров выявило несколько регионов, ассоциированных с содержанием AsA и сухого вещества (DM).

    • Стабильные QTL для AsA обнаружены в группах сцепления (LG) 3A, 5A, 5B, 6B и 7C.
    • Результаты указывают на сложное взаимодействие генетических и средовых факторов.

  4. Поиск кандидатных генов в интервалах 1-LOD с использованием генома F. × ananassa 'Camarosa' v1.0 выявил:

    • Два ключевых гена в LG 3A (объясняют 19% дисперсии), гомологичных монодегидроаскорбатредуктазе (MDHAR) и GDP-L-галактозофосфорилазе (GGP).
    • Два гомеологичных гена в LG 5A и 5B.
    • Всего девять кандидатных генов в интервалах QTL.

  5. Анализ экспрессии (RNAseq и qRT-PCR) подтвердил значимую экспрессию пяти из девяти генов в зрелых плодах.

    • Гены FaGGP(3A) и FaPHT4;4(7C) играют ключевую роль в определении содержания AsA.

  6. Анализ гаплотипов FaGGP(3A) показал, что KASP-маркеры на этом гене не являются универсальными для предсказания AsA в широком гермоплазме.

    • Однако SNP в локусе qAsAFW-3A оказался полезным для маркер-опосредованной селекции и предсказания содержания AsA в различных образцах клубники.

Вывод: Исследование идентифицировало QTL, связанные с содержанием AsA, и определило ключевые кандидатные гены, такие как FaGGP(3A). Эти результаты открывают путь для селекции сортов клубники с повышенным содержанием витамина C.