Израильские ученые создали базу генетических данных помидоров

Беспрецедентная по своим масштабам база данных поможет исследователям и селекционерам разгадать тайны любимого во всем мире овоща.

Дикие помидоры, произрастающие в Южной Америке, древние родственники современных сортов, несут в себе гены многих желательных свойств - вкуса, аромата, устойчивости к болезням, - которые в некоторых случаях были утрачены в процессе одомашнивания и селекции. 

В настоящее время селекционеры изучают возможность повторного внедрения этих утраченных "диких" черт в генотип окультуренных томатов. Им поможет в этой работе огромная база данных, охватывающая генетические и метаболические признаки как диких, так и культурных помидоров, созданной под руководством профессора Асафа Аарони из Научного института им. Вейцмана в сотрудничестве с учеными из Еврейского университета в Иерусалиме и других академических стуктур.

Исследователи использовали почти 600 линий гибридов томатов, названных BIL («обратное скрещивание инбредных линий»), созданных группой профессора Дани Замира из Еврейского университета, для составления базы данных, которую они назвали (разумеется) KILBIL. Каждая линия - помесь диких перуанских томатов Solanum pennellii и обычного культурного сорта Solanum lycopersicum - содержит разные части дикого и культивируемого генома, поэтому, сравнивая геномы разных гибридов и соотнося эти различия с разными качествами помидоров, можно установить, какие именно гены отвечают за конкретные "черты характера". Таким образом, ученые создали исчерпывающий профиль каждой линии, который включает около 11000 генов, списки до 1000 активных ингредиентов, называемых метаболитами, на разных стадиях созревания, а также информацию о чувствительности к грибковым патогенам. Затем исследователи применили вычислительные инструменты, чтобы сопоставить различные части генома томата или даже отдельные гены с вариациями метаболизма растений и другими особенностями.

База данных KILBIL поможет исследователям и селекционерам производить улучшенные сорта томатов. Сами же исследователи Института Вейцмана уже применяют свою базу данных, чтобы разгадать несколько старых загадок так знакомого всем нам овоща. Например, все мы знаем, что зеленые помидоры горькие - в основном потому, что они содержат значительное количество альфа-томатина, токсичного вещества, которое защищает помидоры от бактерий, грибков и травоядных животных до того, как они созреют. По мере созревания томатов альфа-томатин превращается в метаболиты, лишенные горечи, и до сих пор было неясно, как этот процесс координируется со созреванием плода​, а также почему токсичный альфа-томатин не вредит самому растению.

Доктор Яна Казачкова, научный сотрудник лаборатории проф. Аарони, ответила на эти вопросы с помощью необычного вида диких томатов, плоды которого остаются горькими даже после созревания. (Помидоры ботанически классифицируются как фрукты, хотя диетологи обычно включают их в число овощей.) Исследователи, обнаружившие эти помидоры в Андах в 1990-х годах, предположили, что они остаются горькими из-за одной или нескольких мутаций в ферментах биосинтеза альфа-томатина.

Казачкова вместе с коллегами сравнила генетический состав горьких помидоров с обычными и свела разницу к одной мутации в гене, который кодирует совсем не фермент, преобразующий горький вкус в сладкий, а белок-переносчик, который переносит вещества внутри клетки. Исследователи назвали его GORKY - «горький». Затем Казачковой нужно было доказать, что мутировавший ген GORKY действительно отвечает за горький вкус этого своеобразного дикого вида томатов. В серии экспериментов она использовала технологию CRISPR, чтобы подавить этот ген в некоторых растениях и вызвать его чрезмерную экспрессию в других, и проанализировала метаболизм мутантных растений с помощью специального масс-спектрометрического оборудования в лаборатории проф. Аарони.

Доктор Казачкова была рада, когда помидоры, у которых был подавлен ген GORKY, действительно оказались... горькими. По ее словам, «это были самые вкусные горькие помидоры, которые я пробовала в своей жизни.»

Оказалось, что когда зеленые помидоры производят альфа-томатин в больших количествах, в основном в кожуре, они удерживают это токсичное вещество в закрытых отсеках, известных как вакуоли, что не позволяет яду повредить само растение. Когда томат созревает, белок GORKY уносит альфа-томатин за пределы вакуолей, позволяя ему путем пяти биохимических реакций превращаться в нетоксичные метаболиты, тем самым делая томат приятным на вкус.

Результаты исследования могут быть использованы для улучшения селекции томатов, и они также открывают подобные направления​ исследований и других растений в поисках подобных механизмов белков-переносчиков.

Авторы исследования: доктор Саянтан Панда, доктор Шмуэль Буковза, доктор Андрей Вайнер, доктор Илана Рогачев, доктор Юнхуэй Донг, доктор Шифра Бен-Дор и доктор Саймон Михаэли с отделения наук о растениях и окружающей среде Института Вейцмана; Д-р Итай Цемах и профессор Дани Замир из Еврейского университета в Иерусалиме; д-р Доротия Верес, д-р Криста Канструп, д-р Софи Констанц Ламбертц, д-р Кристоф Кроколл и д-р Хусам Хассан Нур-Элдин из Копенгагенского университета; и доктор Янцзе Ху и профессор Элон Шани из Тель-Авивского университета.

Источник: MFA
Фотоиллюстрация: Pixabay