Генетики нашли способ вернуть томатам былой аромат

Генетики нашли способ вернуть томатам былой аромат

Генетики и химики из из Китая и США экспериментально подтвердили распостраненное мнение о том, что современные селекционные сорта томатов по вкусу и аромату существенно уступают старым культиварам и даже их диким предкам. В статье, опубликованной в Science, ученые не только установили генетические изменения, которые сопровождали эту деградацию, но и предложили несколько точечных вмешательств, которые могли бы вернуть помидорам их былую ароматность.

В последние несколько лет, благодаря сильному удешевлению технологии чтения ДНК, ученым впервые удалось начать по-настоящему разбираться с последствиями традиционной селекции в агрокультуре. Селекция это слепой процесс по самой своей природе: селекционеры вносят случайные изменения в ДНК исходных сортов, а затем отбирают лучшие (по каким-то заранее выбранным критериям) образцы для последующего разведения. Какие при этом происходят фоновые изменения в культиварах — как на уровне генома, так и на уровне фенотипа — селекционеры почти никогда не знают. Чтобы это установить, требуется проводить отдельное исследование, которое подразумевает секвенирование больших объемов ДНК и вообще выходит за рамки селекционного подхода. Проводить такие исследования стало возможным только недавно.

Однако такой вроде бы хороший селекционный признак, как оказалось, одновременно несет с собой существенное снижение вкусовых качеств продукта. В обсуждаемой работе 2012 года ученые впервые установили, что равномерное поспевание томатов связано с точечной мутацией, выключающей один конкретный ген – GLK2, он стимулирует развитие хлоропластов в незрелых плодах многих растений. В селекционных томатах этот ген был выключен случайной мутаций, в результате чего они приобрели симпатичную равномерную окраску без зеленых пятен у черенка. Однако снижение количества хлоропластов одновременно существенно сказалось на количестве вырабатываемых в плодах питательных веществ. В результате такие сорта стали более водянистыми и безвкусными, чем их предки.

Новая статья ученых из США и Китая продолжает линию исследований, заданную работой 2012 года, однако выводит ее на совершенно иной масштаб. В данном случае ученые исследовали не просто последствия мутаций одного конкретного гена, а провели массовый анализ большинства современных и многих старых традиционных сортов томатов по десяткам различных параметров. Ученые секвенировали 328 сортов томатов и их диких предков, провели их химический анализ, а треть исследованных сортов была дополнительно изучена в экспериментах с добровольцами.

Исследование началось с определения набора химических соединений, чье наличие имеет первостепенное значение для вкуса томатов. Для этого ученые попросили участников эксперимента оценить по органолептическим качествам сотню разных сортов и проанализировали корреляцию полученного балла с концентрацией в плодах летучих и нелетучих веществ (она определялась на хроматографе). В итоге удалось получить набор из 27 соединений, которые наиболее важны для вкуса помидоров (состав этого списка был опрелен в эксперименте, но его длина, конечно, чисто субъективна). Далее концентрация всех 27 веществ в каждом исследуемом сорте использовалась как ключевой признак для поиска генетических полиморфизмов: ученые искали такие генетические особенности, которые были бы связаны с повышенной концентрацией любого из этих веществ. Полученные данные представлены в виде т. н. манхеттенских графиков, на которых влияние отдельных учатков генома на вкус помидоров представлено в виде «небоскребов» — чем они выше, тем более значима зависимость между конкретным геном и признаком.

Во-первых, ученые обнаружили довольно сильную отрицательную корреляцию между размером плодов и концентрацией в них сахаров (глюкозы и фруктозы), а также вообще любых растворимых веществ. Как оказалось, насыщенность вкуса помидоров оказалась тесно связана с, как минимум, двумя генами (помимо уже упоминавшегося GLK2), — это гены Lin5 и SSC11.1. Предковые формы этих генов, представленные в диком типе и старых «семейных» сортах приводят к росту более мелких, но при этом более насыщенных органическими веществами плодов. Интересно, что закрепление в современных сортах альтернативных форм этих генов, — тех, которые приводят к формированию более водянистых помидоров, — произошло явно не случайно. Об этом говорит анализ генетического окружения генов Lin5 и SSC11, где видны следы т. н. селективного выметания, т. е. направленного отбора на сохранение только нынешних вариантов (подробнее о методах подобного анализа можно прочитать здесь). Очевидно, такая картина объясняется тем, что селекционеры в течение многих поколений старались вывести сорта с как можно более крупными плодами, что и привело к закреплению «водянистых» вариантов генов Lin5 и SSC11.

Во-вторых, ученые обнаружили, что слабый аромат соврменных помидоров тесно связан с повышенной активностью определенного белка, которая по какой-то причине закрепилась в современных сортах. Речь идет о белке E8, который участвует в регуляции выработки «гормона созревания» этилена. В сортах, где он активен — а это подавляющие большинство современных сортов — в значительных концентрациях вырабатываются пахучие вещества с неприятным для потребителей запахом (метилсалицилат и гвайякол — вещества с «медицинским» запахом, их концентрация в современных сортах увеличена впятеро). В то же время вещества, которые ассоциируютcя у людей с ароматными помидорами в таких сортах содержатся в меньшей концентрации. К счастью, решается эта проблема довольно просто — подавлением синтеза белка E8, например, с помощью РНК-интерференции. Таким образом, новая работа указывает прямой путь к созданию более ароматных ГМО-томатов.

В-третьих, авторы статьи показали, что субъективный выбор селекционерами удобных критериев отбора может приводить к незаметному изменению привычного запаха овощей и фруктов. Известно, что значительную роль в аромате помидоров играют продукты окисления пигментов каротиноидов (тех самых, что делают морковку оранжевой, а помидоры и клюкву красными). Причем количество вырабатываемых пахучих веществ непосредственно связано с количеством пигмента: чем больше исходного вещества, тем больше летучих продуктов реакции. Однако разные пахучие вещества образуются из разных каротиноидов, и далеко не все из пигментов существуют в плодах в таких концентрациях, чтобы быть заметными на глаз. В результате может возникнуть такая ситуация, когда отбор на количество видимого пигмента без учета тех, что не видны, приводит к сильному изменению аромата плода — ведь для аромата достаточно даже ничтожных количеств летучих веществ, прекурсоры которых вовсе не видны на глаз.

Как показал анализ ученых, именно такая ситуация сложилась с пахучими веществами геранилацетоном и 6-метил-5-гептен-2-оном (или MHO). Первое из них синтезируется из минорных каротиноидов, таких как фитоен, а второе проиводится непосредственно из ликопена — главного красного пигмента помидоров. В результате селекции у современных сортов концентрация первого вещества оказалась сильно снижена по сравнению с предковыми сортами, а концентрация второго повысилась. Поскольку изменения происходили плавно и их сложно было фиксировать без специального анализа, аромат современных помидоров стал жертвой тяги селекционеров к ярким красным плодам.

Хорошие новости, по словам ученых, заключаются в том, что большинство негативных изменений в аромате и вкусе плодов легко поправимы, поскольку не требуют резкого сокращения урожайности. Летучие вещества содержатся в плодах в следовых количествах, так что усиление их выработки не потребует от растения значительных затрат. Его можно добиться точечным введением в геном «ароматных» вариантов генов, которые были обнаружены в настоящей работе. Это, потенциально, позволит сделать помидоры гораздо вкуснее всех ныне существующих сортов — как старых, так и новых. 

Следует отметить, что аромат и вкус помидоров определяется далеко не только природой сорта и генетическими особенностями. Он еще и сильно зависит от условий транспортировки. Так, недавно ученые показали, что хранение томатов в холодильнике необратимо портит их вкус. Оказалось, что понижение температуры останавливает процессы созревания, связанные с выработкой этилена, что приводит к значительному снижению ароматности продуктов.

Александр Ершов

N+1

Похожие новости:
Биологи нашли способ получения овощей-гигантов
Генетики нашли способ, при помощи которого можно создавать овощи гигантских размеров. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature Genetics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Science News. Биологи изучили два мутантных штамма томатов, плоды ..
2015-05-26 1738 0 Технология
0
Ученые нашли дешевый способ создания полупроводников
Сотрудники факультета металлургии университета Юты использовали старую микроволновую печь, для того чтобы быстро создать нанокристаллический полупроводник, используя дешевые и малотоксичные материалы.Они надеются, что этот способ в дальнейшем будет применяться для создания более эффективных фотогальванических солнечных батарей ..
2013-05-6 1734 0 Технология
1
Предложен простой способ расщепления воды на кислород и водород
Американские ученые нашли простой катализатор, позволяющий электролизом расщеплять воду на кислород и водород. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Natural Academy of Sciences, кратко о нем сообщает Хьюстонский университет (США).В качестве катализатора специалисты предлагают использовать недорогое ..
2017-05-16 35062 0 Технология
0
Японские ученые нашли способ победить радиацию
Исследовательская группа из японского университета Ивате обнаружила способ выводить из почвы радиоактивные вещества с помощью активированного угля, изготовленного из кукурузных початков, сообщает ИТАР-ТАСС со ссылкой на японские СМИ.Ученые выяснили, что пористый уголь, который образуется при сжигании кукурузных кочерыжек, ..
2012-05-24 2480 2 Технология
0
Генетики научились восстанавливать цвет глаз по ДНК
Польско-голландская группа генетиков научилась восстанавливать цвет глаз и волос человека на основе анализа древней ДНК. Работа исследователей принята к публикации в журнале Investigative Genetics, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте издания. В новом исследовании ученые применили ..
2013-01-14 1880 0 Технология
0
Ученые нашли способ видеть сквозь стены с помощью Wi-Fi
Британские ученые изобрели портативный прибор, который анализирует сигнал Wi-Fi и на основе этого способен обнаружить движение за стенами. Фактически, соглашаются исследователи, их изобретение позволяет шпионить за любым человеком, если он находится в зоне действия беспроводной связи Wi-Fi. Устройство ..
2012-08-4 2325 0 Технология
0
Уран будут добывать из морской воды
На прошедшем недавно заседании Американского химического общества (American Chemical Society) была представлена новая технология добычи урана из морской воды, сообщает zex2.ru. Давно известно, что океан содержит больше урана, чем все мировые месторождения вместе взятые. Количество этого ..
2012-09-11 2052 0 Технология
0
Предложена технология превращения любого материала в стекло
Ученые из университетов Бристоля и Дюссельдорфа обнаружили новый способ изготовления стекла с помощью контроля расположения атомов в структуре материала. Стекло является особым состоянием материи: оно имеет механические свойства твердого тела и аморфную структуру жидкости. Еще в 1952 году сэр Чарльз ..
2012-11-13 3205 0 Технология
1
Жизнь ионно-литиевых батареек продлят при помощи песка
В стандартных ионно-литиевых батареях аноды производят из графита, однако эксплуатационные качества этого материала уже не соответствуют требованиям современных технологий. Большие надежды инженеры возлагают на наночастицы кремния, но изготавливать их трудно, а срок службы очень недолог. Калифорнийские ученые нашли ..
2014-07-12 1656 0 Технология
1
Ученые нашли способ увеличить КПД лампы накаливания
Исследователи из Массачусетского технологического института во главе с физиком Огненом Иличем придумали способ увеличить КПД лампы накаливания. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology. Идея ученых заключалась в том, чтобы ограничить испускание лампой тепла во внешнюю ..
2016-01-13 2083 0 Технология
0
Ученые нашли способ ускорить передачу данных по кабелю
Команда ученых из исследовательского центра «Bell Labs» в Нью-Джерси, США, нашла способ, как сократить количество искажений в оптоволоконных кабелях, проложенных на большие расстояния. О своем достижении исследователи сообщают в научной статье, опубликованной в журнале «Nature Photonics», в которой они рассказывают ..
2013-05-29 1314 0 Технология
0
Ученые ТГУ создали браслет, который безболезненно вводит инсулин
Специалисты из Томского государственного университета разработали новый способ введения пациенту инсулина через специальный браслет. Ученых, создавших технологию, наградили золотой медалью на 64-м Всемирном Салоне инноваций «Брюссель — Иннова/Эврика — 2015». Новый метод ..
2015-12-02 1769 0 Технология
0
Найден новый способ преобразования парниковых газов
Исследователи из Университета штата Делавэр нашли способ преобразования парниковых газов в полезные химические вещества. Ученые разработали селективный катализатор, который способен электрохимическим путем преобразовывать двуокись углерода в окись углерода с эффективностью в 92 процента. "Преобразование углекислого газа в полезные ..
2014-02-02 1750 0 Технология
0
Генотерапия на время исцеляет заболевания сетчатки глаза
Два испытания генотерапии при наследуемой форме слепоты у детей показали, что зрение некоторых пациентов можно улучшить, но только временно. Генотерапевтические инъекции увеличивают чувствительность сетчатки глаза к свету, показав тем самым потенциал для создания полноценного лечения, сообщает unitworld.net. У детей с врожденным ..
2015-05-04 1863 0 Технология
1
Японцы научились выбраковывать дефектные стволовые клетки
Ученые из Центра прикладных исследований индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток) Киотского университета (Kyoto University, Япония) под руководством нобелевского лауреата, профессора Синъи Яманаки (Shinya Yamanaka), нашла способ выбраковки дефектных стволовых клеток, из которых развивается раковая опухоль. Как сообщает ..
2013-11-19 1727 0 Технология
0