Как уникальная мутация томата может изменить устойчивое сельское хозяйство
Помидоры являются одним из основных продуктов питания во всем мире и неотъемлемой частью устойчивого сельского хозяйства. Ученые из Института Бойса Томпсона (BTI) сообщили о давно известной мутации помидоров, раскрывающей потенциал улучшения качества плодов и устойчивости к стрессу.
«То, что началось как любопытство к интригующему мутанту, превратилось в потенциально революционное открытие для устойчивого сельского хозяйства», — сказала ведущий исследователь Кармен Катала, адъюнкт-профессор BTI и старший научный сотрудник Школы интегративного растениеводства в Корнелле.
Исследование, опубликованное в Журнале экспериментальной ботаники, было сосредоточено на расшифровке тайны мутанта помидора под названием «adpressa», впервые обнаруженного в 1950-х годах. Мутант привлек внимание из-за необычной характеристики: растения adpressa не способны ощущать гравитацию. Эти растения часто растут близко к земле, а не вверх к небу; следовательно, их название передает привычку быть плоскими (прижатыми) к почве.
Команда начала с выявления точного генетического изменения, вызывающего этот удивительный эффект. Они обнаружили, что мутация блокирует синтез крахмала, который является запасной формой сахара.
Команда пошла дальше, используя мутацию для изучения фундаментальных вопросов биологии фруктов. Они обнаружили, что мутант демонстрирует серьезные транскрипционные и метаболические корректировки, включая повышенный уровень растворимых сахаров и усиленный рост. Более удивительным было обнаружение полной устойчивости к вершинной гнили (BER), физиологическому заболеванию, вызывающему ухудшение клеточных мембран плодов и появление сухих, черных и вдавленных участков на нижней части томатов.
Садоводы и коммерческие производители часто замечают, что возникновение BER трудно предсказать, но оно напрямую связано со стрессами окружающей среды, такими как температура или нерегулярный полив. BER также влияет на другие фрукты и овощи, включая перец, тыкву, огурец и дыню. Хотя это сложное расстройство интенсивно изучается, механизмы, лежащие в основе развития BER, до конца не изучены.
«Наши результаты с мутантом adpressa весьма многообещающие. Вопреки тому, что считалось ранее, недостаток крахмала не повлиял на развитие и созревание плодов. На самом деле, плоды adpressa были немного крупнее и накапливали больше сахара во время роста. устойчивость к вершинной гнили. Эти результаты открывают новые возможности для повышения урожайности и качества плодов, особенно в стрессовых условиях окружающей среды», — отмечают ученые.
Исследовательская группа BTI сотрудничала с учеными из Института Макса Планка в Германии, Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea «La Mayora» в Малаге, Испания, и Министерства сельского хозяйства США. Вместе они использовали передовые инструменты геномного и метаболического анализа, чтобы изучить, как мутация влияет на развитие плода.
«Сложная связь, которую мы наблюдали между метаболизмом сахара и устойчивостью к повреждению клеток в тканях плодов , особенно интересна. Это исследование раскрывает потенциал для инженерии или селекции помидоров, которые могут лучше противостоять экологическим проблемам», — сказал Николя.
В настоящее время команда работает над тем, чтобы понять, почему эти мутанты устойчивы к абиотическим стрессам, и рассчитывает найти целевые гены или соединения, играющие важную роль в устойчивости к BER.
«Мы надеемся, что это открытие приведет к новым подходам к созданию растений, устойчивых к вершинной гнили и другим видам повреждений, вызванных стрессом», — сказала Катала. «Это принесет пользу не только садоводам и коммерческим производителям, но и окажет значительное влияние на страны с неблагоприятными условиями выращивания, где у мелких фермеров нет ресурсов для защиты своих культур от экологических проблем, таких как засуха».
Источник: Институт Бойса Томпсона
