Генетическое открытие открывает путь к более крупным и вкусным томатам и баклажанам

Более крупные и вкусные томаты и баклажаны могут вскоре появиться на наших столах благодаря учёным из Johns Hopkins, обнаружившим гены, контролирующие размер плодов.

Исследование, проведённое командами из Университета Джонса Хопкинса и Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор, может привести к созданию новых сортов томатов и баклажанов, включая те, что помогут поддержать сельское хозяйство в регионах мира, где местные сорта сейчас слишком малы для крупномасштабного производства.

Результаты опубликованы в журнале Nature.

"Как только вы сделали редактирование гена, достаточно одного семени, чтобы начать революцию", — сказал соавтор работы Майкл Шац, генетик из Университета Джонса Хопкинса, участвовавший в проекте Telomere-to-Telomere по секвенированию человеческого генома.

"При наличии необходимых разрешений мы могли бы отправить модифицированное семя в Африку или в любое нужное место и открыть совершенно новые сельскохозяйственные рынки. Существует огромный потенциал для превращения этих достижений в реальное воздействие".

Исследование является частью более масштабного проекта по картированию полных геномов 22 культур рода паслёновых (Solanum), который включает томаты, картофель и баклажаны.

С помощью компьютерного анализа учёные сравнили карты геномов и проследили, как гены эволюционировали во времени: более половины генов, как выяснилось, были в какой-то момент дублированы.

"За десятки миллионов лет происходит постоянный оборот: последовательности ДНК добавляются и теряются", — пояснил Шац.

"Тот же процесс может происходить с генами, когда целые гены дублируются или исчезают. Когда мы начали изучать это, мы заметили, что такие изменения очень широко распространены, но ещё не знали, что они означают для растений".

Чтобы это выяснить, сотрудники из Boyce Thomson Institute использовали технологию редактирования генов CRISPR-Cas9 для изменения одной или обеих копий гена, а коллеги из Cold Spring Harbor выращивали модифицированные растения, чтобы увидеть, как изменения повлияли на их развитие.

Генетические дубликаты, или паралоги, оказались важны для определения таких признаков, как время цветения, размер и форма плода.

Например, отключение обеих копий паралогов гена CLV3 у австралийского лесного паслёна привело к появлению растений с "странными, пузырчатыми, дезорганизованными" формами, непригодными для продажи в магазинах. Однако тщательное редактирование только одной копии CLV3 привело к увеличению размера плодов.

"Наличие полных геномных последовательностей для этих видов — как новая карта сокровищ. Мы можем видеть, где и когда один генетический путь расходится с другим, а затем исследовать это место в генетической информации, куда мы бы не подумали заглянуть", — сказала Кэтрин Дженейк, собравшая геномные последовательности и бывшая аспиранткой в лаборатории Шаца во время исследования.

"Они позволили нам найти гены размера в совершенно неожиданном месте".

У африканского баклажана, вида, выращиваемого по всему африканскому континенту и в Бразилии ради съедобных плодов и листьев, исследователи идентифицировали ген SaetSCPL25-like, который контролирует количество семенных камер (гнёзд, или локул) внутри плода. Когда они отредактировали гены SaetSCPL25-like у томата, учёные обнаружили, что могут выращивать помидоры с большим количеством локул: чем их больше, тем крупнее плод.

По словам исследователей, это открытие, если его правильно применить, может открыть новую эру вкусных томатов.

"Эта работа показывает важность совместного изучения многих видов", — сказал Шац. "Мы использовали десятилетия работы в генетике томатов для быстрого продвижения в изучении африканских баклажанов, и по пути обнаружили совершенно новые гены в африканских баклажанах, которые, в свою очередь, продвигают вперёд исследования томатов. Мы называем это 'пан-генетикой', и она открывает бесконечные возможности для появления множества новых фруктов, продуктов и вкусов на обеденных столах по всему миру".