Генетики ведут работу по выявлению утраченных одомашненными томатами генов

Дикорастущие виды томатов представляют собой богатый генофонд для выявления многих признаков, утраченных в процессе одомашнивания. Международная исследовательская группа, включающая ученых из Института науки Вейцмана и ИПК, использовала интрогрессионную популяцию диких видов, адаптированных к пустыне, и одомашненный сорт томатов для изучения переноса связанных с дикими видами признаков плодов на генетическом, регуляторном и метаболическом уровнях.

Одомашнивание и последующая интенсивная селекция томата оказали большое влияние на созревание плодов и сопутствующие ему метаболические процессы. В результате современные сорта томатов демонстрируют целый ряд архетипических характеристик плодов, включая, например, текстуру, размер, аромат, пигментацию и вкус. В то же время непрерывный отбор путем селекции приводил к снижению генетического разнообразия и частичному уничтожению важных плодовых качеств, таких как устойчивость растений к засухе и к различным патогенам.

В этом исследовании ученые использовали передовые генетические ресурсы, а также мультимодальное молекулярное и фенотипическое профилирование для проведения интегративного анализа QTL в плодах томатов.

Популяция, представляющая интерес, включала 580 интрогрессионных линий, разработанных в лаборатории профессора Дани Замира из Еврейского университета Иерусалима. Каждая из этих линий несет в себе небольшой фрагмент дикого томата Solanum pennellii на фоне современного сорта томатов М82. 

Команда Института науки Вейцмана провела мультимодальное профилирование плодов из всей популяции, включая секвенирование РНК и анализ чувствительности патогенов на различных стадиях развития. Полученный массив данных был использован в многоуровневом анализе QTL и позволил доктору Джедрже Якубу Шимански установить причинно-следственные связи между вариацией генетических последовательностей, количественными изменениями экспрессии генов и уровнями метаболитов, и изменениями сложных фенотипических признаков.

Из сотен выявленных взаимодействий команда выбрала несколько интересных кандидатов. 

Исследовательская группа определила и охарактеризовала ферментативную стадию в предсказанном пути, в котором α-Томатин, основной антипитательный и защитный алкалоид, присутствующий в плодах зеленых помидоров, преобразуется в эскулеозиды и ликоперозиды во время созревания плодов.

Ученые наблюдали изменения в экспрессии генов и метаболизме. К примеру, накопление защитных метаболитов оказывало влияние на сложные фенотипы, такие как устойчивость к патогенам. 
 

Большой набор данных, созданный в ходе исследования, является уникальным ресурсом для исследовательского сообщества. 

Изучение траектории перехода от дикорастущих плодов к культивируемым необходимо для всестороннего понимания метаболизма плодов и влияния человеческого отбора как на положительные, так и на отрицательные качественные признаки плодов. 

«Мы ожидаем, что ассоциации генотип-фенотип, выявленные в ходе этого исследования, станут значительным вкладом в нынешние усилия молекулярной селекции по противодействию повторяющихся ключевых признаков у плодов, таких как вкус и устойчивость к патогенам», — отметил в заключении ученый.

Подготовлено по материалам сата phys.org.