Сегодняшние соевые бобы, как правило, золотисто-желтые, с крошечной черноватой отметиной в том месте, где они прикрепляются к стручку. На поле с миллионами бобов почти все будут иметь такой вид. Однако иногда фасоль оказывается наполовину черной, с седловидным узором, похожим на черноглазую горошину.
«Желтый цвет является результатом естественного процесса, известного как замалчивание генов, при котором гены взаимодействуют, чтобы отключить определенные признаки», - объясняет Лила Водкин, почетный профессор кафедры растениеводства Университета Иллинойса.«Ученые часто используют этот процесс для разработки всего, от улучшенных сельскохозяйственных культур до лекарств, но примеры естественного подавления генов, также известного как РНК-интерференция или РНКи, ограничены. Лучшее понимание этого процесса может объяснить, как вы можете манипулировать генами. во всем, от соевых бобов до людей."
Путь РНК-интерференции был обнаружен около 20 лет назад как естественный процесс у крошечных круглых червей. Открытие и последующая работа, показывающая его биомедицинский потенциал, принесли ученым Нобелевскую премию в 2006 году. В растениях РНК-интерференция была обнаружена в петуниях. Когда селекционеры попытались преобразовать один ген, чтобы получить более яркие розовые и фиолетовые цветы, вместо этого они получили белые цветы. Ген, отвечающий за окраску цветов, был заглушен.
«До одомашнивания соевые бобы были черными или коричневыми из-за различных антоциановых пигментов в семенной оболочке», - говорит Сара Джонс, исследователь, работающая с Водкиным над исследованием.«Селекционеры избавились от темных пигментов, потому что они могут обесцветить масло или соевую муку в процессе экстракции».
Водкин поясняет: «Желтый цвет был естественной мутацией РНК-интерференции, которая произошла спонтанно, вероятно, на заре земледелия, около 10 000 лет назад. их, и культивировали их. В коллекциях зародышевой плазмы дикой сои, Glycine sojae, вы не найдете желтого цвета, только темные пигментированные семена."
Предыдущая работа команды показала, что желтые соевые бобы являются результатом естественного процесса подавления генов с участием двух генов. По сути, один из генов блокирует производство предшественников более темного пигмента. Но исследователи не были уверены, почему черные пигменты иногда снова появляются, как в бобах с седловидным рисунком. Теперь они знают.
Водкин и ее команда искали бобы с необычной пигментацией в коллекции зародышевой плазмы сои Министерства сельского хозяйства США, расположенной в Университете I. Коллекция содержит тысячи образцов, представляющих большую часть генетического разнообразия одомашненной сои и ее диких родственников.
«Мы запросили бобы с черным узором в виде седла», - вспоминает Джонс. «Мы хотели знать, все ли они получают этот образец от одного и того же гена». Некоторые образцы были собраны еще в 1945 году.
Команда использовала современные методы геномного секвенирования, быстро проанализировав около 56 000 генов, кодирующих белок, чтобы определить тот, который отвечает за паттерн. Ведущий автор Янг Чо сделал это открытие, будучи аспирантом, когда заметил дефект в гене Argonaute5. Команда изучила дополнительные бобы с седлом и обнаружила, что ген Argonaute5 был дефектен немного по-разному в каждом из них..
«Так вы доказываете, что нашли правильный ген, - говорит Водкин, - потому что эти независимые мутации происходят в разных местах одного и того же гена».
Когда ген Argonaute5 дефектен, процесс молчания, который обычно блокирует темный пигмент и приводит к появлению желтых бобов, больше не может выполняться. Дефект гена объясняет, почему у седельных бобов появляются темные пигменты.
До открытия группы было очень мало примеров того, как взаимодействие генов работает для достижения молчания в естественных системах. Сегодня биоинженеры используют генно-инженерные технологии, чтобы заставить гены замолчать для получения желаемого результата, будь то цвет цветка, устойчивость к болезням, улучшенный фотосинтез или множество новых применений.
«Желтый цвет соевых бобов можно было бы сконструировать, если бы он не возник естественным путем, - говорит Водкин, - но это стоило бы миллионы долларов, а каждый желтый соевый боб был бы генетически модифицированным организмом». это первое». Она говорит, что это исследование также подчеркивает ценность коллекции зародышевой плазмы сои, которая сохраняет разнообразие для исследовательских и селекционных целей.