Цивилизация
Ученые выявили ген, негативная мутация которого приводит к чрезвычайно большой плодовитости томатов и полагают, что их открытие может быть использовано для других сельскохозяйственных культур, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature Genetics. «Это открытие может иметь эффект на многомиллиардную индустрию томатов и методы ведения сельского хозяйства, переназначенные для получения наибольшего урожая с цветущих растений», — сказал Зак Липман из Лаборатории в Колд Спринг Харбор, США, ведущий автор исследования.
Речь идет об эффекте так называемого гетерозиса — когда гибрид, полученный скрещиванием растений двух сортов или двух пород животных, оказывается более жизнеспособным, чем его предки, дает больше плодов (шерсти, мяса и т.д.). Несмотря на то, что эффект был впервые научно описан Чарльзом Дарвином еще в 1876, а за тем заново открыт генетиком Георгом Шуллем спустя 30 лет, до сих пор ученые не знали природы этого явления.
Согласно одной из теорий, явление гетерозиса проявляется из-за того, что в геноме особей одного сорта по мере эволюции накапливаются негативные мутации, которые сохраняются в рецессивных вариантах генов. Из-за того, что таких рецессивных мутаций может быть довольно много, при появлении потомства у особей одного сорта (породы) некоторые из них могут проявиться и снизить его жизненные качества. При скрещивании разных пород или сортов эти негативные мутации блокируются доминантными формами генов гораздо более активно, что и приводит к проявлению у потомства превосходных качеств. Согласно другой гипотезе, то или иное превосходное качества потомства в результате гетерозиса проявляется не из-за удачной комбинации доминантных генов обоих родителей, а из-за активации одного единственного гена.
До сих пор обе гипотезы существовали параллельно, однако авторам нового исследования — Липману, его коллегам Ури Крегеру и профессору Дэни Замиру (Dani Zamir) из Еврейского университета в Иерусалиме удалось показать, что справедливой все же является вторая.
В своей работе на примере растений томатов ученые показали, что за явление гетерозиса отвечает единственный ген, кодирующий синтез белка флоригена, который в свою очередь контролирует наступление цветения у растения. Для того, чтобы растение принесло на 60% больше урожая по сравнению с лучшими сортами необходимо, чтобы в его ДНК оказалось сочетание мутантного варианта этого гена и его нормального аналога. В этом случае растение перестает расти и начинает цвести таким образом, что приносит наибольший урожай томатов. Для выявления этого гена ученые использовали библиотеку из 5 тысяч растений томатов, у каждого из которых был генетическим методом намеренно поврежден один единственный ген. В своей работе ученые отобрали 33 растения из этой картотеки, после чего скрестили их с нормальными аналогами без поврежденных генов и дождались плодоношения.
«Мы показали, что для того, чтобы увеличить урожайность нельзя давать растению вырабатывать слишком много или слишком мало флоригена. Мутация в одной из двух копий этого гена в ДНК томата приводит к формированию ровно такой его концентрации, которая и вызывает гетерозис, — сказал Липман. — Мутантные растения до сих пор считались чем то вроде отбросов воспроизводства в сельском хозяйстве, так как ученые полагали, что мутации могут оказывать только негативный эффект на рост. Наши исследования показали, что скрещивание мутантных и нормальных форм растений может быть очень мощным способом для повышения урожайности не только у помидоров, но и у других видов сельскохозяйственных растений».
