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, пишет glavagronom. 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.
«Мы сосредоточились на влиянии генов S. pennellii на связанные с питанием человека вторичные (специализированные) метаболиты и устойчивость плодов к патогенам — два очень контрастных биохимических признака у диких и одомашненных видов томатов».Джедрже Якуб Шимански - исследователь
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.
«Этот химический сдвиг, вероятно, важен для уменьшения горечи, обеспечиваемой α-томатином, и/или для противодействия временным потребностям в защитных фруктовых метаболитах».Джедрже Якуб Шимански - исследователь
Ученые наблюдали изменения в экспрессии генов и метаболизме. К примеру, накопление защитных метаболитов оказывало влияние на сложные фенотипы, такие как устойчивость к патогенам.
«В нашем исследовании мы наблюдали повышенную устойчивость плодов к распространенному грибковому патогену В. cinerea».Джедрже Якуб Шимански - исследователь
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.
