Генетическое редактирование даёт томаты, которые цветут и созревают на недели раньше

Команда из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL), используя простой и мощный генетический метод для изменения собственных генов двух популярных сортов томатов, разработала быстрый способ заставить их цвести и давать спелые плоды более чем на 2 недели раньше, чем это возможно в рамках традиционной коммерческой селекции.

Это означает больше циклов посадки за сезон и, следовательно, более высокий урожай. В данном случае это также означает, что растение можно выращивать на более северных широтах, чем сейчас, — важное свойство в условиях потепления климата Земли.

«Наша работа — убедительная демонстрация силы редактирования генов — технологии CRISPR — для быстрого улучшения признаков урожайности в селекции сельскохозяйственных культур», — говорит руководитель исследования доцент CSHL Закари Липпман. Применение может выйти далеко за пределы семейства томатов и включать многие основные продовольственные культуры, такие как кукуруза, соя и пшеница.

Липпман уточняет, что метод, который его команда публикует в Nature Genetics, — это не просто увеличение урожайности. «Речь идёт о создании генетического инструментария, который позволяет фермерам и селекционерам всего за одно поколение корректировать время цветения и, следовательно, урожайность, чтобы помочь адаптировать наши лучшие сорта для выращивания в регионах мира, где они сейчас не процветают».

В основе метода лежат открытия Липпмана и коллег о том, как эволюционировал процесс цветения у многих культур и их диких родственников в зависимости от длины светового дня. Генетические исследования показали, почему современные культурные томаты гораздо менее чувствительны к этому фактору по сравнению с дикими видами из Южной Америки.

Известная гормональная система регулирует время цветения — а значит, и время появления первых спелых плодов. Гормон флориген и противодействующий ему «анти-флориген» под названием SP действуют вместе, в стиле инь-ян, чтобы соответственно способствовать или задерживать цветение.

Изучая дикий вид томатов с Галапагосских островов (близ экватора), учёные выяснили, что он крайне чувствителен к длине дня: чем длиннее день, тем позже цветение. Это навело на мысль, что в процессе одомашнивания произошли генетические изменения. Липпман и коллеги проследили потерю чувствительности к длине дня у культурных томатов до мутаций в гене SP5G, который относится к тому же семейству генов флоригена и анти-флоригена.

Ключевое нововведение команды — создание сортов черри и рома, которые цветут намного раньше, — основано на наблюдении, что у одомашненных растений всё ещё сохранялась остаточная активность гена SP5G. Исследователи использовали инструмент редактирования генов CRISPR, чтобы вызвать небольшие мутации в гене SP5G и полностью инактивировать его, чтобы он не производил анти-флориген.

Когда эта отредактированная версия SP5G была внедрена в популярные сорта, растения зацвели раньше, и плоды созрели раньше. Дополнительное редактирование другого гена анти-флоригена, отвечающего за компактный, кустообразный рост, сделало раннецветущие сорта ещё более компактными и скороспелыми — признак, который команда называет «двойной детерминантностью».

«Мы продемонстрировали здесь селекцию на быстрой перемотке», — говорит Липпман. «Теперь у нас есть простая стратегия, чтобы полностью устранить чувствительность к длине дня у уже культивируемых элитных инбредных и гибридных растений. Это может позволить производителям расширить географический ареал выращивания, просто используя CRISPR для быстрой "адаптации" томатов и других культур к более северным широтам».