• РЕГИСТРАЦИЯ

Генетики нашли способ вернуть томатам былой аромат

4 2309

 

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

    И Шапиро не помог: Зеленского в США уже ненавидят

    Президент США Дональд Трамп и глава Украины Владимир Зеленский продолжают демонстрировать ухудшение двусторонних отношений. Эксперты не исключают возможность прекращения военной помощи и даже введения...

    Фотографии Чернобыльской зоны отчуждения, сделанные сталкерами в наши дни

    Реактор Чернобыльской АЭС Реактор в день катастрофыПредставленный снимок является единственным уцелевшим изображением реактора в день после происшествия. Фотография сделана 26 апреля ...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Drozd 24 апреля 21:59

      Что будет с человечеством, если магнитные полюса Земли сместятся

      Геомагнитная инверсия — грандиозный планетарный процесс, заключающийся в смене местами северного и южного магнитных полюсов. Надо сказать, что он не является чем-то из ряда вон выходящим в многомиллиардной истории планеты. Палеомагнитные исследования убедительно свидетельствуют о том, что подобные "рокировки" случались неоднократно, оставляя сво...
      1445
      Drozd 23 апреля 20:10

      Атомная батарейка в груди

      Кардиостимуляторы используются для стимуляции регулярного сердцебиения, когда естественная электрическая система кардиостимуляции в организме перестает выполнять свою функцию или работает неправильно. На протяжении многих лет для кардиостимуляторов искали наилучшие «батарейки». В 70-х годах до использования литий-ионных батарей для питания кардиости...
      384
      Drozd 22 апреля 13:51

      Многое из того, что вам говорили о динозаврах, было неправдой

      Все в детстве любили динозавров, и практически все просто обожали «Парк Юрского периода». Но не многие знают, что практически всё, что нам рассказывает о динозаврах массовая культура — неправда. В этой подборке вы сможете прочитать самые популярные заблуждения о динозаврах. Динозавры были самыми большими созданиями из когда-либо существовав...
      2291
      Drozd 22 апреля 10:44

      Кяриз - отверстия в земле

      Когда говорят о Персии, то в первую очередь приходит на ум царь Ксеркс, с которым сражались спартанцы в Фермопильском ущелье во времена Греко-персидских войн. Между тем хотим обратить твое внимание на то, что персы того времени представляли собой довольно развитую цивилизацию, наследие которой до сих пор заявляет о себе. Посмотри на эти странные отверстия в зем...
      1978
      Drozd 18 апреля 20:54

      В чем разница между фактом, гипотезой, теорией и законом

      Возможно, вы слышали, как кто-то пренебрежительно отзывается об эволюции — «ведь это всего лишь теория». С другой стороны, гравитация должна быть на 100% реальной — в конце концов, это «закон». Но эти общие впечатления не совсем правильные. Слова «факт», «гипотеза», «теория» и «закон&raq...
      771
      Drozd 18 апреля 10:43

      Почему в темноте люди не различают цвета?

      «Механизм», с помощью которого человеческий организм различает цвета, в настоящее время не изучен до конца. Также современная наука не может пока что ответить на вопрос о том, почему же в темноте людям предметы кажутся одинаковыми с точки зрения цветопередачи. Большой вклад в изучение данного направления сделал Исаак Ньютон, который доказал – ...
      279
      Drozd 15 апреля 20:53

      Ученые открыли новую группу крови

      В 1972 году у беременной женщины обнаружили необычную особенность крови: в ней отсутствовал поверхностный молекулярный маркер, который есть у всех остальных людей. Спустя 50 лет исследователи из Великобритании и Израиля наконец раскрыли эту загадку, открыв новую систему групп крови. Неожиданное открытие Большинству людей знакомы системы ABO и резус-фактор...
      1227
      Drozd 15 апреля 10:57

      Действительно ли адреналин делает человека сильнее и быстрее?

      Адреналин действительно помогает быстрее реагировать, стремительнее бежать и временно забыть о боли, но превращает ли он людей в супергероев? Разбираемся, что происходит с телом в момент опасности и почему эта «турбо-сила» не может быть постоянной. Адреналин – это не волшебство, а биохимия Согласно распространенному убеждению, адреналин ...
      299
      Drozd 12 апреля 10:45

      Что будет, если человечество перестанет есть мясо?

      Улучшение экологии Животноводство сегодня признается одним из главных факторов, разрушающих экологию планеты. Оно производит почти 20% выбросов всех парниковых паров (больше всех видов транспорта) и занимает огромные территории сельхозугодий, под которые вырубаются ценные леса. С 1950-х годов под нужды животноводства было уничтожено больше 50% тропических лесов...
      659
      Drozd 11 апреля 20:50

      Самая сложная самодельная бомба за всю историю

      "Мне кажется, тут этого быть не должно". Так подумал Боб Винсон, ночной дежурный в Казино Харви «Деревянное колесо» в Лейк-Тахо, штат Невада. Под «тут» Винсон подразумевал закуток прямо возле комнаты с телефонной аппаратурой в рабочем секторе второго этажа отеля. Под «этим» — любопытное устройство неизвестного пр...
      1652
      Drozd 8 апреля 19:45

      Как размножаются осьминоги

      Ученые давно установили, что практически все головоногие моллюски, кроме наутилусов (Nautilus) и осьминогов-аргонавтов (Argonauta) — единственного современного рода, обитающих в открытых морях, спариваются и размножаются один раз в жизни. После наступления репродуктивного возраста осьминоги начинают искать себе партнера, а до этого момента предпочитают жить ...
      825
      Drozd 8 апреля 16:56

      Секвойная лихорадка

      На фото: 1341-летнее дерево по прозвищу «Марк Твен» было срублено в 1892 году в США. Это было одно из самых крупных деревьев в мире. Его диаметр превышал 7 метров. Секвойя начала расти в 550 году. В XIX веке американцы едва не уничтожили самое крупное и древнее дерево в мире. В итоге беспощадной вырубки, гигантские секвойи, которые появились на Земл...
      1759
      Drozd 4 апреля 10:59

      Как добывают ртуть?

      Добыча ртути во все времена не обходилась для человечества без потерь. Это опасный для здоровья металл, который приносит отравление всему организму. В промышленном производстве ртуть незаменима – это единственный жидкий металл. Но интерес к нему был всегда, особенно у ремесленников в Средней Азии. Именно здесь появились первые ртутные рудники в 6-4 веках ...
      1368
      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...
      766
      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...
      1390
      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...
      639
      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...
      934
      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. ...
      1788
      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...
      1213
      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...
      859
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика