Почти все согласны с тем, что большинство помидоров, купленных в магазине, не имеют особого вкуса. Теперь ученые из Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) и Института Бойса Томпсона (BTI), возможно, нашли решение в статье, только что опубликованной в Nature Genetics.
Молекулярный биолог Джеймс Джованнони из Лаборатории исследований растений, почвы и питания ARS и ученый-биоинформатик BTI Чжанцзюнь Фей из Итаки, штат Нью-Йорк, завершили построение пангенома культурного помидора и его диких родственников, картирование почти 5000 ранее недокументированных генов.
Геном - это биологическая карта генов организма и их функций. Но геном обычно представляет собой одну разновидность, которая затем действует как эталонный геном для остальных видов. Этот пангеном включает в себя все гены 725 различных культивируемых и близкородственных дикорастущих томатов, которые выявили 4 873 гена, отсутствовавших в исходном эталонном геноме.
В то время как культивируемые помидоры имеют широкий спектр физических и метаболических вариаций, во время их одомашнивания и размножения возникло несколько серьезных проблем. Это означает, что сегодняшние помидоры имеют узкую генетическую основу. Пангеном помогает определить, какие дополнительные гены помимо референсных могут быть доступны для селекции и улучшения сельскохозяйственных культур.
В наше время селекционеры сосредоточились на таких признаках, как урожайность, срок хранения, устойчивость к болезням и стрессоустойчивость, которые были экономически важны для производителей. Помидоры являются одним из самых употребляемых в пищу овощей, хотя с ботанической точки зрения они являются фруктами, их годовой объем производства составляет 182 миллиона тонн на сумму более 60 миллиардов долларов.
США потребление помидоров на душу населения в 2017 году составило 20,3 фунта свежих помидоров плюс дополнительно 73,3 фунта обработанных помидоров на человека. Помидоры являются вторым наиболее потребляемым овощем в Соединенных Штатах после картофеля.
Одним из самых важных открытий при построении этого пангенома является редкая форма гена, помеченного как TomLoxC, который в основном отличается версией своего ДНК-промотора гена. Ген влияет на вкус фруктов, катализируя биосинтез ряд летучих веществ, связанных с липидами (жирами) - соединений, которые легко испаряются и способствуют аромату», - объяснил Джованнони.
Кроме того, исследователи обнаружили новую роль TomLoxC. Он также способствует выработке группы апокаротиноидов - органических химических веществ, полученных из каротиноидов, включая предшественники витамина А, - которые действуют как сигнальные молекулы, влияющие на различные реакции растений, включая стрессы окружающей среды. Соединения также имеют различные цветочные и фруктовые запахи, которые важны для томатного вкуса.
Редкая версия TomLoxC была обнаружена только в 2 процентах старых или культивируемых крупных сортов томатов, хотя эта версия присутствовала в 91 проценте диких томатов размером со смородину, в первую очередь в Solanum pimpinellifolium, диком предшественнике культурных томатов. помидор. Это становится все более распространенным в новых разновидностях.
«Похоже, что на ранней стадии одомашнивания помидоров могло быть сильное давление отбора или, по крайней мере, отсутствие отбора на присутствие этой версии TomLoxC», - добавил Джованнони. «Увеличение распространенности этой формы у современных помидоров, вероятно, отражает возобновление интереса селекционеров к улучшению вкуса».
При наличии такого широкого массива специфической генетической информации селекционеры должны иметь возможность быстро работать над улучшением вкуса купленных в магазине помидоров массового производства, сохраняя при этом черты, которые делают их экономически выгодной культурой.
Эти новые гены, обнаруженные в пангеноме томата, добавили существенную информацию к репертуару генома томата и открывают дополнительные возможности для улучшения томата. Профили присутствия и отсутствия этих генов в разных популяциях томатов пролили важный свет на то, как человеческий отбор желаемых признаков изменил геномы томатов», - сказал Фей.
Ученые ожидают, что добавление почти 5 000 генов к репертуару генома томата предоставит дополнительные возможности для улучшения, поскольку будет определена их роль в биологии томата и качестве плодов.