Учени използвали естествени мутации, за да създадат по-добри домати

Понякога в генетиката едно плюс едно е равно на нула. Гени, които би трябвало да работят в синхрон, като всеки подсилва ефекта на другия, понякога може вместо това да се неутрализират. Проучване, публикувано в списанието Cell Press разглежда генетичната мутация, благодарение на която днес имаме култивираните домати, като хвърлят светлина върху това как се случва това неутрализиране и как можем да използваме подобни мутации, за да създадем по-добри домати.

Съвременните домати са резултат от мутация, която вероятно е възникнала с разпространението на земеделието преди няколко хиляди години. Древните домати били по-дребни, по-тъмни и подобни на малки топчета. Мутацията позволила развитието на по-големи плодове, с каквито сме свикнали днес. На практика всички домати притежават тази мутация.

През 50-те години била открита втора мутация, наречена „jointless“ (без свръзка). Мутантът привлякъл вниманието, защото благодарение на мутацията изгубил една извивка, подобна на лакът, която е разположена на клончето, на което виси плодът. Това довело до две ползи. Първо, домат с тази мутация е по-малко вероятно да се отчупи и да падне на земята, където може да се нарани или да загние, което би го направило негоден за ядене. Второ, мутацията би го направила по-лесен за събиране с машините.

Ако учените можеха да използват едновременно jointless мутацията с тази, която води до големи домати, те биха получили по-продуктивен домат.


РЕКЛАМА:

***

Но когато го направили, те не получили големите, красиви домати без чупка в клончетата, които очаквали. Вместо това, те получили растение, което наистина нямало чупка, но то притежавало много повече клончета и цветове – много повече, отколкото растението би могло да изхрани, за да даде плодове. Крайният резултат били по-малко домати.

„Гените, които определят дадена характеристика често са членове на генни семейства, които в нормалното растение работят заедно за изявата ѝ в растението”, казва авторът на проучването Zachary Lippman, растителен биолог от Cold Spring Harbor Laboratory. Ако има мутация в един ген, който засяга растежа и развитието на дадена характеристика, то може да възникна втора мутация, която да допринася за същата тази характеристика. Но вместо да я подобри, тази втора мутация може да влоши нещата.

Влиянието, което гените взаимно си оказват се нарича епистаза. Неутрализирането, което Lippman описва и което се проявило, когато доматите с jointless мутацията били кръстосани с обикновените домати, е известно като отрицателна епистаза – и не се ограничава само до доматите.

„Има чудесни примери от 20-те и 30-те години, при които хората кръстосвали тютюн, за да създадат нови хибридни варианти”, казва Lippman. „Хибридите, вместо да дават жизнеспособен резултат, какъвто очаквали и на какъвто се надявали при създаването им, всъщност показали автоимунен отговор. Растенията започвали да вехнат и загивали сякаш са нападнати от патоген, без в действителност да са.”

Credit: Zachary Lippman
Credit: Zachary Lippman

Въпреки че в крайна сметка учените успели да „оженят” двата мутанта, това било относително случайна афера. Изучавайки подлежащите генетични взаимоотношения между разклоняването и цъфтежа, Lippman и екипът му се надявали да разберат по-добре защото възниква този ефект на неутрализиране и евентуално да създадат домат, който да е малко по-балансиран. Което ще рече, домат, който ще се разклонява малко, създавайки малко повече цветове, но не толкова много, че да претоварят растението.

И точно това успели да направят.

Мислете за всеки ген като за доза. За да получите нормално разклоняване, имате нужда от четири дози от двата гена: по една доза, идваща от всяко копие на гена, тъй като има две копия на всеки ген в ДНК на домата. Но ако два мутанта работят заедно, те неутрализират тези дози. Сякаш доматът на практика няма нито едно копие на гена.

„Ако загубите и четирите дози като имате мутации и в двата гена, тогава имате отрицателна епистаза, прекалено много цветове, както и проблеми с плодовитостта”, казва Lippman. „Но това, с което разполагате е загуба само на една доза и сега все пак ще имате цъфтящи разклонения, но тъй като все още имате три дози от гена, положението няма да е толкова лошо, както когато загубите всичките четири дози.”

Може да достигнете до три дози като кръстосвате мутантните растения едно с друго, но трябва да познавате подлежащите генетични механизми и как гените работят заедно. Най-близката аналогия е с готвенето: ако знаете какъв е общият вкус на дадена храна, то ще знаете и кои подправки си подхождат и кои се неутрализират. Изучавайки подлежащите генетични механизми на доматите, Lippman успял да разбере свойствата на двата мутантни гена и да създаде по-добър домат.

Lippman вярва, че този вид отрицателна епистаза не се случва само при доматите и че колкото повече се задълбочаваме, толкова по-изненадващи случаи ще откриваме.

„Изненадващото беше, че 8 000-годишната мутация е толкова широко разпространена в съвременните домати, че когато втората мутация беше открита през 50-те и 60-те години и учените искаха да работят с нея, те се изправиха срещу стена – старата мутация”, казва Lippman. „Фактът, че старата мутация беше най-тясно свързания ген с мутацията, открита през 50-те и 60-те, беше много елегантна илюстрация на това как еволюцията и култивирането работят заедно.”

 

Превод: Росица Ташкова

Източник: Popular Science


Европейска нощ на учените 2022 г.: