Редактирование генов помогло получить высокоурожайный сорт томатов

Каждый раз при обнаружении нового полезного признака селекционеры пытаются добавить его к ценным сортам растений через скрещивание. Но иногда включение, казалось бы, улучшающих сорт генов оказывает отрицательный эффект. Происходит это из-за скрытого глубокого взаимодействия вновь прибывшего гена с уже имеющимися. Аналогичная ситуация наблюдалась и при выведении новых сортов томатов.

Редактирование генов позволило обратить отрицательное наложение действия генетических мутаций на повышение урожайности.
Фото Cold Spring Harbor Laboratory.

Взаимодействие между генами, когда активность одного влияет на активность второго, называется термином эпистаз. Он может быть как положительным, так и отрицательным. Команда исследователей из частной некоммерческой организации Лаборатория в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) во главе с Захари Липпманом (Zachary Lippman) собрала информацию о случаях отрицательного эпистаза у различных культурных томатов и сосредоточилась на двух конкретных генных мутациях.

Одна из них оказалась в геноме томатов ещё на заре одомашнивания, около 8-10 тысяч лет назад. По какой-то неизвестной причине людям приглянулись плоды с сильно развитыми длинными листовидными образованиями или прицветниками. Именно такие растения активно культивировали и скрещивали.

Вторая выслеженная мутация, которая, разумеется, взаимодействует с первой, появилась намного позже, а именно в середине двадцатого века. Она вызывает у растений два кардинальных изменения. Во-первых, придаёт иной изгиб стеблю, на котором удерживается плод. У диких растений на нём присутствует выраженное колено, из-за чего сорвать помидор можно только с прицветниками и частью стебля.

В природе это помогает томатам легко освободиться от созревших плодов, то есть они просто отваливаются под собственной тяжестью. Но при сборе урожая остатки стеблей могут повредить соседние плоды в ящике, чем спровоцируют их преждевременную порчу. Так вот мутация делает стебель гладким и не даёт ему отрываться вместе с помидорами. Казалось бы, фермеры должны быть в восторге, но не всё так просто.

Вскоре выяснилось, что вторым эффектом от мутации является образование слишком большого числа соцветий. У растений просто не хватает сил развить все цветы в помидоры и в результате урожайность падала. Новое исследование, результаты которого опубликованы в журнале Cell, подтвердило догадки о том, что это как раз и есть результат влияния древней мутации.

Исследователи заподозрили, что именно здесь, во взаимном влиянии двух генетических факторов селекционеры упустили важный потенциал урожайности. Решением стало дозирование гена, ответственного за большие прицветники. То есть вместо того, чтобы полностью нейтрализовать его действие, учёные решили заставить древнюю мутацию работать на себя.

В результате был получен высокоурожайный сорт томата с гладкими плодовыми стеблями и небольшим количеством соцветий. Дело за малым, осталось только оценить новый сорт на вкус.

Первый успешный опыт использования отрицательного эпистаза открывает новую область для селекционеров. Аналогичные эффекты ранее наблюдались и у других одомашненных растений. Возможно, они имеют место и у животных. В пресс-релизе исследования авторы предполагают, что детальное изучение скрытого взаимного влияния некоторых мутаций действительно может обнаружить новый потенциал урожайности.