• РЕГИСТРАЦИЯ

Генетики нашли способ вернуть томатам былой аромат

4 2307

 

Harry Klee, University of Florida

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.

Например, работа генетиков из США и Испании, опубликованная в 2012 году, показала, что в случае селекции по удобным для производителей критериям возможна одновременная деградация вкуса продукта, на которую селекционер может даже не обратить внимание. Речь идет о такой особенности современных культурных томатов как равномерное поспевание. Плоды современных сортов на каждой стадии созревания обычно имеют однородный цвет, — в отличие от диких предков томатов, которые спеют от кончика к черешку и даже могут начать растрескиваться еще до того, как полностью покраснеют. Для производителя это очень неудобно, поэтому равномерно поспевающие сорта существенно популярнее предковой формы.

Томаты с неравномерно и равномерно спеющим плодом.

Ann L. T. Powell et al., Science 2012

Поделиться

​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.

 

Манхеттенский график по содержанию всего сухого вещества в плодах (оранжевый). Видны два гена, которые влияют на этот признак в наибольшей степени - Lin5 и SSC11.1. Внизу видно сильное падение разнообразия в локусах этих генов (синий график падает по сравнению с желтым и зеленым), которое отражает выметание отбором.

Denise Tieman et al., Science, 2017

Поделиться

 

Из полученного набора данных пока сложно сделать все возможные релевантные выводы. Этим, очевидно будут заниматься не только авторы работы, но и другие ученые. Однако сами авторы обсуждают три отдельные истории, отражающие то, каким образом селекция повлияла на вкус современных томатов.

 

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

Всё, о чём не расскажет РЕН-ТВ

    Исход “серых патриотов” в прошлом, настоящем, будущем.

    Мы опять погружены в пучину гражданской войны, и СВО - её часть.Противники - прежние. Они не меняются со времен Андрея Курбского.С одной стороны - те, кто считает, что только будучи вас...

    На страже интересов или на охоте за ресурсами? Европейская драма в Украине

    В последнее время мы стали свидетелями, как европейские страны с завидной настойчивостью обсуждают возможность ввода войск на территорию Украины. На первый взгляд, это выглядит как попытка защитить су...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Drozd 1 апреля 10:57

      Откуда взялись пупырышки на огурцах?

      Огурец – один из самых любимых и узнаваемых овощей на нашем столе. Огурцы бывают разные. Большие, полосатые, свежие и перезрелые, продолговатые, бочкообразные, с семенами и без. А ещё есть огурцы бывают с пупырышками – именно такие овощи чаще всего можно увидеть в разносолах. А вы знаете, откуда на огурцах взялись пупырышки? Огурец много сотен ле...
      668
      Drozd 31 марта 13:51

      Почему современная медицина не может вылечить человека от бешенства

      Бешенство – вирусное заболевание, передающееся при непосредственном контакте со слюной или тканями мозга инфицированного животного. Приводит к параличу и остановке сердца. Ежегодно от бешенства умирает около 60 000 человек по всему миру. Почему так и не научились лечить бешенство? Время укуса имеет существенное значение при бешенстве. Инфекция быстро р...
      1307
      Drozd 29 марта 13:50

      Мифы и факты о гремучих змеях

      «Гремучая змея — это шедевр эволюции, созданный для выживания там, где другие сдаются. Наша задача — не уничтожать, а понять её» — Луис Мендоса. От раскаленных песков Аризоны до болот Флориды и горных хребтов Мексики — гремучие змеи царствуют в самых экстремальных уголках Америки. Эти рептилии, чьи предки появились более 12 м...
      570
      Drozd 29 марта 10:57

      Почему не ржавеет нержавейка?

      Даже по названию «нержавейка» понятно, что она не подвергается коррозии или все же ржавеет, но не так сильно, как обычная сталь. Откуда берется такая особенность у этого материала? Ученые Пьер Бертье и Майкл Фарадей в 1820-х годах заметили, что железо с хромом обладает устойчивостью к кислотной коррозии. Но тогда им было неизвестно, что особенную...
      861
      Drozd 25 марта 20:44

      Почему мы не помним свое детство? Новое открытие меняет представление о памяти младенцев

      Уже давно признано, что дети не имеют четких воспоминаний о своих ранних годах. Это явление, известное как младенческая амнезия, означает неспособность вспомнить события, произошедшие в раннем детстве. Многие считали эту амнезию естественным процессом, обусловленным незавершенным развитием мозга, в частности гиппокампа, области, отвечающей за формирование памяти. ...
      1696
      Drozd 24 марта 10:57

      Можно ли спастись от жажды с помощью кактуса?

      Никогда не знаешь, в какую передрягу можешь угодить, поэтому всегда полезно знать парочку советов по выживанию в экстремальных условиях. Например, первое правило выживания в пустыне: не «пейте» кактус! В фильмах про ковбоев и в документальном кино про экзотические страны можно часто увидеть, что люди и едят, и «пьют» кактусы. Дейст...
      1159
      Drozd 21 марта 13:53

      Самые длинные волны в мире

      Не такая уж прикольная тема, но все же очередное пополнение нашей рубрики САМОЕ САМОЕ Как то я вам рассказывал про Волны-убийцы и что такое Приливная волна, а вот посмотрите какие еще волны бывают. Маленький прибрежный город Пуэрто Чикама в северо-западной части Перу славится самыми длинными океанскими волнами в мире, идеальными для занят...
      815
      Drozd 18 марта 13:57

      Что если наша Вселенная - это голограмма?

      Идея жизни внутри голограммы остается гипотезой. Она не получила всеобщего признания среди физиков и остается одной из нескольких теорий, пытающихся прояснить фундаментальную природу нашей Вселенной. Представьте на мгновение, что все наше существование — это не что иное, как голограмма — трехмерное изображение, спроецированное на двухмерную поверхность...
      541
      Drozd 15 марта 13:46

      Уровень Мирового океана повышается быстрее прогнозируемого

      В 2024 году специалисты NASA зафиксировали ускоренное повышение уровня Мирового океана, которое превысило ожидаемые показатели. По данным космического агентства, уровень океана поднялся на 0,59 сантиметра, тогда как прогнозируемый рост составлял всего 0,43 сантиметра. Основной причиной такого скачка стало интенсивное таяние ледников, что привело к значительному...
      409
      Drozd 11 марта 10:54

      Cиний свет мешает нам уснуть?

      Да, да. Давно эта теория гуляет в мире. Этот загадочный "синий пик" в светодионом освещении из-за которого якобы портится зрение. А еще экраны гаджетов излучают синий свет, и то, как ваш мозг реагирует на синий свет, может испортить вам сон. Вот научная подоплека. Бессонница и свет Действительно, свет может не дать вам заснуть — просто поп...
      391
      Drozd 10 марта 10:59

      Учёные нашли ключ к выращиванию гигантских овощей

      Грядки будущего могут удивить нас томатами размером с тыкву и баклажанами-гигантами! Исследователи из Университета Джона Хопкинса (США) обнаружили гены, отвечающие за размер плодов у растений семейства паслёновых — томатов, баклажанов, картофеля. Это открытие, опубликованное в журнале Nature, способно перевернуть сельское хозяйство, подарив миру новые сорта ...
      481
      Drozd 4 марта 13:58

      Россия на 20% — болото

      В феврале вся планета отметила один из самых «незаметных» праздников — Всемирный день водно-болотных угодий. Почему для этой экосистемы в международном календаре событий выделен особый день? Почему сегодня судьба болот волнует не только экологов, но и историков? На лекции в Государственном музее-заповеднике «Куликово поле» были озв...
      736
      Drozd 4 марта 10:56

      Гигантский кальмар — самое загадочное существо в океане

      Вы когда-нибудь слышали о загадочном гигантском кальмаре? Он был источником восхищения на протяжении веков – от древних сказок моряков до его дебюта в таблоидах в наше время и увлечения такими популярными фильмами, как "20000 лье под водой". Несмотря на то, что его странный внешний вид на протяжении многих лет внушал страх и трепет, еще многое п...
      816
      Drozd 3 марта 13:56

      Почему все страшные ураганы называют женскими именами

      В научном мире есть такая практика, как называть ураганы женскими именами. Такая традиция имеет свои корни в основах метеорологии и истории. Ученые начали давать имена циклонам и штормам в середине двадцатого века. Можно выделить несколько причин такой практики, некоторые их них будут действительно обоснованными, а другие — лишь основанными на стереотипах...
      243
      Drozd 28 февраля 13:50

      Может ли человек поседеть за несколько часов?

      Обесцвеченные волоски начинают появляться у людей любого пола уже в возрасте старше 25 лет. Постепенно, к 50 годам, у человека седеют некоторые участки головы, например, виски, затылок, челка, или он полностью становится белесым. Есть мнение, что индивид из-за стресса может поседеть мгновенно, причем за несколько часов. Но происходит ли такое в действительности...
      723
      Drozd 28 февраля 10:58

      Что такое «сухая вода»

      Ученые со всего мира уже давно освоили уникальную методику создания несуществующих в природе жидких, твердых и газообразных веществ. Все молекулы создаются искусственно в лабораториях. Одним из необычных открытий является «сухая вода». Звучит очень противоречиво, но все же что это за странная жидкость и зачем она нам нужна?   1. Кто придума...
      1082
      Drozd 27 февраля 19:52

      Рыбы способны узнавать людей

      В клуб разумных животных попадает все больше видов, но рыбам с их крошечным мозгом часто не удается туда попасть. Прежде всего, у них нет причин развивать способность распознавать людей в процессе эволюции. Однако некоторые рыбы заинтриговали группу ученых, работающих на исследовательской станции в Средиземном море. Каждый сезон в полевых условиях некоторые мес...
      579
      Drozd 25 февраля 13:55

      Почему в СССР не было клещей?

      О клещах, которые могут быть источником тяжёлых заболеваний и стать причиной смерти человека, советские исследователи узнали лишь в 1937 году, когда вирусолог Лев Зильберг обнаружил в тканях больных и членистоногих вирус клещевого энцефалита. С тех пор начался активный поиск способа борьбы с опасными членистоногими, который увенчался успехом, хотя и не без побо...
      2374
      Drozd 25 февраля 10:58

      Самое большое в мире асфальтовое озеро

        Исто На юго-западе острова Тринидад в Карибском море расположено озеро Пич-Лейк, состоящее из жидкого природного асфальта. Оно имеет глубину около 80 метров и, по некоторым оценкам, в нем более 6 млн. тонн асфальта! Впервые его обнаружил английский государственный деятель и путешественник Уолтер Рэли в 1595 году. После этого битум озера начали использо...
      658
      Drozd 21 февраля 13:54

      Понимают ли животные из разных стран «язык» друг друга?

      С одной стороны вопрос какой то дурацкий,  а с другой … интересно понимает ли собака из Европы сигналы поведения другой собаки из Австралии? Понятно, что под «языком» понимается все способы, которые живые существа общаются друг с другом. Это и телодвижения и звуки и запахи. Но все же... Животным необходимо понимать друг друга, чтобы в...
      631
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика