Спрос на бесшипные культуры, такие как ежевика, растет в секторе производства ягод, а в декоративном садоводстве многие хотели бы больше роз без шипов. Кроме того, потребители желают пробовать необычные и полезные для здоровья продукты, а такие плоды есть у многих колючих дикоросов. Открытия ученых и новые технологии селекции позволяют ускорить создание бесшипных растений, иногда совсем новых для широкого рынка, как доказано на примере австралийского «пустынного изюма» или кутьеры - этот колючий выносливый пасленовый многолетник дает мелкие желтые плоды, высыхающие на кусте и выглядящие как изюм. В плодах кутьеры с острым и карамельным вкусом много витаминов, они перерабатываются в порошок для добавки в муку, соусы, блюда.
Согласно греческой мифологии, красные розы впервые появились, когда богиня Афродита уколола ногу о шип, пролив кровь на белую розу. С тех пор шипы роз захватили воображение бесчисленных поэтов и одиноких влюбленных.
Но розы далеко не единственные растения с этими острыми выступами эпидермиса, называемыми колючками. Колючки эволюционировали независимо у видов по всему растительному царству. Их главная функция: отпугивание травоядных. Вместе с тем колючки затрудняют выращивание сельскохозяйственных и декоративных растений, поэтому ученые все чаще ставят задачу убрать колючий защитный механизм и сделать такие культуры более дружелюбными.
Утрата колючек является частью процесса одомашнивания видов, выведенных от диких сородичей с колючками. Однако до недавнего времени выведение бесшипных растений было во многом результатом удачи – «случайной потери» - и многолетнего кропотливого труда селекционеров. Исследователи из лаборатории Колд Спринг Харбор (Cold Spring Harbor - CSHL) задались вопросом, лежит ли общая генетическая программа в основе «колючего механизма». Например, в растительном роде Solanum, который включает такие генетические модели, как томат и баклажан, почти половина видов в роду имеет колючки, включая диких сородичей и прародителей культурных баклажанов.
Постдок CSHL Джеймс Саттерли был вдохновлен исследованием колючек во время посещения поля, где его научный руководитель, профессор и исследователь Закари Липпман выращивает сотни пасленовых – картофель, томаты, баклажаны и их родственные виды.
«Я заметил, что у многих растений были очень заметные колючки. Поэтому я спросил: «Что мы знаем об этом? Что происходит с этой адаптацией?» Оказалось, что мы почти ничего не знали», — вспоминает Саттерли.
Совместно с учеными из Испании Саттерли начал анализировать баклажаны, что привело его к генному семейству LONELY GUY (LOG). Гены LOG обычно отвечают за выработку гормона, который вызывает деление и расширение клеток. Саттерли обнаружил, что определенные мутации LOG также устраняют колючки у баклажанов.
Липпман и Саттерли задались вопросом: могут ли гены, связанные с LOG, отвечать за появление и исчезновение колючек у разных растений на протяжении миллионов лет?
Команда начала изучать предыдущие исследования и связываться с коллегами по всему миру. Саттерли и Липпман работали с Нью-Йоркским ботаническим садом, чтобы изучить образцы с колючками и без них.
Коллеги из Корнелльского университета использовали редактирование генома, чтобы устранить колючки у Solanum centrale, австралийского пустынного изюма – ценной культуры. Во Франции другой коллега редактированием генов подавил колючки у роз.
В общей сложности команда пришла к ассоциации колючек с генами, связанными с LOG, примерно у 20 видов. Липпман говорит, что хотя это открытие может быть использовано для создания растений без колючек в коммерческом растениеводстве, оно также имеет большое значение для понимания конвергентной эволюции во всей жизни. То есть, как совершенно разные виды независимо развивают схожие черты.
Источник: Cold Spring Harbor Laboratory.
Фото: Melburnian. CC BY-SA 3.0. На фото Solanum centrale (культивируемый), Королевский ботанический сад Крэнбурн, Виктория, Австралия.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.