Многие растения во время эволюции приобрели различные колючки и шипы, которые защищают их от травоядных животных. Однако при выращивании и переработке сельскохозяйственных культур такая защита только мешает. Поэтому авторы новой статьи применили генное редактирование CRISPR-Cas9, чтобы лишить пасленовые растения шипов. Возможно, вскоре можно будет использовать новый метод, чтобы получить неколючие розы.
Животные и растения долгое время эволюционировали вместе, сотрудничая и враждуя друг с другом. Возникло множество любопытных приспособлений, например шипы и колючки — растения используют их, чтобы защититься от крупных травоядных животных. Уколовшись, они отказываются от своей пищи, потому реже едят стебли и листья с колючками. А вот против мелких фитофагов вроде насекомых они помогают плохо — те могут просто проползти мимо.
Заостренные выросты растений могут иметь разное происхождение. Если шипы (к примеру, розы) представляют собой придатки эпидермиса растения, то более крупные колючки исходно произошли от листьев (барбарис) или даже целых побегов (терн).
Многие выращиваемые на полях и в садах культуры унаследовали острые придатки от своих предков. Например, некоторые сорта баклажана Solanum melongena имеют шипы на своей чашечке. Это часть цветка, которая сохраняется и у плода баклажана, — их обычно продают вместе с такой зеленой «шапочкой». Если на ней присутствуют колючки, они могут прокалывать мякоть плодов при транспортировке, из-за чего те портятся. В то же время другие сорта того же овоща не имеют на чашечке колючек, а дикорастущие родственники баклажанов покрыты ими целиком.
То же можно сказать об обширном роде паслен (Solanum), в который входит свыше 1200 видов растений из одноименного семейства. Из важных культур помимо баклажана к нему относят картофель и томат. Среди пасленов выделяется крупная группа растений, происходящих от колючего предка.
Авторы новой статьи в журнале Science заинтересовались эволюцией «колючести» у пасленов и ее генетическими основами. Ученые реконструировали родственные связи между растениями и показали, что паслены независимо теряли исходно имевшиеся у них шипы не менее 31 раза. В результате сейчас их не имеет половина видов рода Solanum.
Генетикам удалось выяснить, что за этот признак растений отвечают конкретные гены — их назвали LOG, или lonely guy («одинокий парень» в переводе с английского). Они кодируют фермент, который участвует в синтезе цитокининов — фитогормонов, стимулирующих клеточное деление. Мутации в генах семейства LOG превращают колючие растения в неколючие — и наоборот. Кроме того, биологи выяснили, что такие же мутации ответственны за потерю шипов у зизифуса (китайского финика) и роз.
Ученые применили методы генного редактирования CRISPR-Cas9, который позволяет вносить точные модификации в геном. Таким образом они инактивировали гены «колючести» у нескольких видов, в том числе баклажана и его родственника Solanum sisymbriifolium, или вила-вила. Этот паслен в диком виде произрастает в Австралии, где его собирают и используют в пищу местные племена.
Новый результат не просто лишний раз показал, насколько избирательно мы можем менять генотип и фенотип живых существ. Вскоре он может помочь растениеводам сделать баклажаны более удобными для перевозки и хранения, превратить вила-вила в новую сельскохозяйственную культуру, а в будущем — лишить шипов и другие важные для человека растения. Особенно перспективным выглядит получение сортов неколючих роз.