Генетики поняли, как вернуть помидорам вкус и запах, отнятые селекционерами

Разнообразие форм и размеров помидоров <i>S. lycopersicum</i>

Рис. 1. А — помидоры смородинолистного (S. pimpinellifolium, слева) и обычного (Solanum lycopersicum, справа) вида, которые оказались на лабораторном столе исследователей. В — разнообразие форм и размеров обычных помидоров S. lycopersicum. Изображение из статьи Y. Bai, P. Lindhout, 2007. Domestication and Breeding of Tomatoes: What have We Gained and What Can We Gain in the Future?

Современные сорта помидоров, как правило, лишены своего особенного помидорного запаха и зачастую вкуса. Это результат селекции, нацеленной на создание крупных и ярких плодов, привлекательных для глаза покупателя, в ущерб вкусу и запаху. Международная команда ученых выявила химические компоненты, влияющие на вкус и запах почти 400 сортов помидоров. Проведя полногеномные анализы сортов и разновидностей, удалось найти генетические варианты, отвечающие за выработку этих веществ. В результате получили перечень аллельных мутаций, на которые стоит направить селекционные усилия для создания вкусных и ароматных помидоров, столь желанных на нашем столе.

Проблема ухудшения вкуса поступающих на потребительский рынок помидоров, видимо, всерьез обеспокоила человечество. Иначе сложно объяснить финансирование огромного и весьма трудоемкого исследования, проведенного международной командой генетиков, ботаников и селекционеров из семи научных лабораторий мира. Проектом руководили Гарри Клэй (Harry Klee) из Центра растительных инноваций Флоридского университета (США) и Хуан Саньвэнь (Sanwen Huang) из Института сельскохозяйственной геномики Китайской академии сельскохозяйственных наук. Соруководители исследования представляют страны, занимающие два первых места на мировом рынке среди производителей помидоров.

«Элементы» уже писали о более скромном проекте, посвященном изучению вкусовых качеств помидоров (см.: Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными, 04.07.2012). Тогда было показано, что мутация в одном из генов улучшила коммерческие качества сортов (помидоры стали равномернее созревать), но значительно ухудшила их вкусовые качества. В случае с помидорами селекция в пользу коммерции, но в ущерб потребителю скорее всего затрагивает не один этот выявленный ген, а множество. Ведь оценка качества селекционных сортов помидоров идет по признаку размера плодов, их яркому цвету, устойчивости к хранению/болезням, а не по запаху или сахаристости. Так что за полвека активной селекции в угоду коммерческой выгоде помидоры растеряли свои вкусовые и запаховые свойства. Поэтому и стартовало исследование, которое ставило целью выявить варианты генов, отрицательно влияющие на эти качества помидоров, — те аллели, которые появились или стали массовыми в результате селекции.

Ученые исследовали 398 сортов помидоров из коллекций со всего мира. Сюда вошли варианты сортов из старых коллекций, новые сорта, а также для сравнения использовались дикая форма помидора (вид Solanum lycopersicum) и близкий вид — томат смородинолистный (S. pimpinellifolium). Помидоры выращивали на опытной станции во Флориде. Для всех сортов провели полногеномный анализ (одно это уже многое говорит о трудолюбии и мотивированности участников проекта). Далее провели количественный анализ содержания различных химических компонентов спелых плодов. Сюда вошли и летучие вещества, формирующие запахи.

Конечно, оценивали не всю химическую палитру плодов, а только выборочные вещества. Эта выборка была составлена на основе изучения предпочтений потребителей: людям предлагали указать из широкого набора сортов наиболее вкусные или ароматные помидоры. В течение 2010–2016 годов были ранжированы по вкусу и запаху 160 сортов. Затем для этих сортов определили количественный состав метаболитов (сахаров, кислот, солей и т. д.) и сопоставили с оценками потребителей. В результате выявилось 33 составляющих, отвечающих за желанный «помидорный вкус», 9 — за «помидорный запах», и 28 — за оба параметра. Именно эти химические компоненты оценивались для всех отобранных сортов. Но главной частью обсуждаемого исследования стало даже не это.

Основное содержание — сердцевину — работы составили корреляции однонуклеотидных замен (SNP), ассоциированных с «помидорностью», то есть с выявленными химическими составляющими специфического вкуса и запаха. Для этого провели полногеномный поиск ассоциаций (Genome-wide association study) SNP с выбранными химическими признаками. С помощью него вычленили 27 химических признаков, сопряженных с присутствием конкретных SNP. Иными словами, в геномах помидоров нашли мутации, которые ассоциированы с выработкой химических компонентов помидорной специфики.

Затем такое же исследование на сходной сортовой выборке было проведено в Израиле. Снова определяли химические признаки, снова искали корреляции с SNP. Повторное исследование было предпринято для повышения надежности заключений. Кроме того, оно позволило найти те химические различия, которые зависят от среды произрастания. Важно было выявить химические и генетические признаки, общие для помидоров Флориды и Израиля. И такие признаки нашлись. Их оказалось около 20: 15 связаны со вкусом, и 5–6 — с запахом.

Например, одно из таких целевых генетических изменений обнаружилось в гене инвертазы 5 (Lin5). Этот ген находится на том участке хромосомы 9, который, судя по его характеристикам, подвергался сильному отбору на крупноплодность. У современных культивируемых сортов в нем часто присутствует аллель с характерной однонуклеотидной заменой аспарагина (Asn) на аспарагиновую кислоту (Asp). Эта замена сопряжена с уменьшением количества сахаров и одновременно с увеличением размера плодов. Если вырастить трансгенный помидор, у которого будет экспрессироваться исходный вариант Lin5, то помидор получится сладкий; а если с нуклеотидной заменой, то сахара в помидоре станет заметно меньше, и у него будет картонный вкус. Следовательно, в ходе селекции увеличилась частота Lin5 с Asp вместо Asn, из-за чего снизилось общее содержание сахара в плодах и их вкусовые качества. Нашлись и другие мутации, ассоциированные с пониженным количеством сахаров в плодах.

Другой локус на той же девятой хромосоме содержит измененный участок, связанный с продукцией таких летучих веществ, как метилсалицилат и гваякол. Оба они вовлечены в синтез соединений, широко известных в качестве лекарств (ацетилсалициловую кислоту мы знаем как аспирин, а гваякол — это антисептик). Запах помидоров, у которых количество этих веществ увеличено, кажется потребителям не очень приятным. Неудивительно, что помидоры с измененными аллелями в геноме, у которых из-за этого в пять раз больше метилсалицилата и гваякола, потребителям не слишком нравятся. В специальном исследовании удалось выявить генетическое нарушение (изменение в одном из интронов), приводящее к увеличению содержания этих соединений.

Весьма поучительна картина аллельного разнообразия вещества, определяющего запах спелых помидоров — так называемого MHO (6-метил-5-гептен-2-он). Оно помимо того, отвечает и за красный цвет плодов. Селекционеры, ориентируясь на покупательские предпочтения, выводили наиболее красные помидоры. Потому разнообразие аллелей MHO у современных сортов понижено: остались только те варианты, которые дают наиболее глубокий красный цвет (рис. 2). Но при этом обедняется помидорный аромат.

Аллельные варианты MHO у разных сортов томатов

Рис. 2. Аллельные варианты (R — референтный аллель, A — измененные аллели) MHO у томатов-черри (cerasiforme), старых сортов (heirloom), промежуточных форм (transitional), современных сортов (modern). У современных сортов осталось только два сочетания из всех возможных. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Итак, теперь у селекционеров имеется список мутаций, которые меняют вкус и запах помидоров. Из них около 20 достойны пристального внимания, так как они могут стать целями приложения селекционных усилий для создания ароматных и сладких помидоров. Можно надеяться, что результаты этой работы мы увидим уже скоро, так как для придания, например, запаха требуется лишь чуть-чуть увеличить выработку необходимого ароматического компонента в томатах. На его синтез растению не нужно тратить много ресурсов, так что размеры плодов не сильно уменьшатся. Сложнее будет с сахарами и кислотами, но ради вкусных помидоров можно немного поступиться размерами. Авторы, проведя исследование покупательского спроса, указывают, что люди склонны выбирать помидоры помельче, если у них отменный вкус и запах.

Источник: Denise Tieman, Guangtao Zhu, Marcio F. R. Resende Jr., Tao Lin, Cuong Nguyen, Dawn Bies, Jose Luis Rambla, Kristty Stephanie Ortiz Beltran, Mark Taylor, Bo Zhang, Hiroki Ikeda, Zhongyuan Liu, Josef Fisher, Itay Zemach, Antonio Monforte, Dani Zamir, Antonio Granell, Matias Kirst, Sanwen Huang, Harry Klee. A chemical genetic roadmap to improved tomato flavor // Science. 2017. V. 355. P. 391–394. DOI: 10.1126/science.aal1556.

См. также:
Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными, «Элементы», 04.07.2012.

Елена Наймарк


32
Показать комментарии (32)
Свернуть комментарии (32)

  • leonid_ge  | 30.01.2017 | 20:47 Ответить
    Какая прекрасная новость!
    Наконец-то вернутся в магазины вкусные овощи и фрукты!
    А то, чтобы поесть вкусненького, кроме конфет и других неполезных сладостей, ничего не осталось.
    Ответить
    • Kyu > leonid_ge | 31.01.2017 | 10:34 Ответить
      Напоминает о пессимистичном пересечении трёх множеств "качественно", "быстро" и "дешево".
      Ответить
      • Aab > Kyu | 01.02.2017 | 15:41 Ответить
        :) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B5_%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE

        ?
        Ответить
        • Kyu > Aab | 02.02.2017 | 06:46 Ответить
          Оптимистичнее характеризовать в терминах вероятности; нулевая априорная вероятность вовсе не значит, что событие не произойдет.
          Ответить
    • Grecko > leonid_ge | 01.02.2017 | 13:20 Ответить
      Нифига они не вернутся. Чтобы они вернулись, необходима точечная переноска отдельных генов; традиционная же селекция способна на перенос только генного комплекса. Поэтому попытки традиционной селекции вернуть помидорам вкус приведут к тому, что они опять станут быстрониющими и до магазинов просто не доберутся. Ну и плюс времени традиционными способами достичь даже этого понадобится нескольк десятилетий.

      Проблема легко и быстро, за несколько месяцев, решается методами генетической инженерии, но дебилоиды её строго-настрого запретили.
      Ответить
      • Олег Чечулин > Grecko | 01.02.2017 | 14:52 Ответить
        Кроме селекции есть ещё и скрещивание
        Ответить
        • Bedal > Олег Чечулин | 06.02.2017 | 13:23 Ответить
          Которая есть одна из составляющих селекции - вы об этом?

          Впрочем, очевидно, что самый правильный инструмент для достижения цели - генмодификация. Помидора помидорными же генами.
          Ответить
          • Олег Чечулин > Bedal | 06.02.2017 | 15:54 Ответить
            Не одна из составляющих селекции, а совместно с селекцией составляющая более сложный процесс.
            Скрестили - отобрали - скрестили - отобрали - скрестили и т.д.

            А генмодификацию обыватель не купит - запуган.
            Ответить
  • denis_73  | 30.01.2017 | 21:43 Ответить
    Название статьи - это провокация или даже троллинг. ;-)
    Ответить
  • Юрий Федоров  | 31.01.2017 | 03:47 Ответить
    То погоня за внешним видом - в ущерб вкусу и запаху, то, панимашь, за вкусом и запахом припустили, аж пятки сверкают... А чего бы о пользе не подумать? Все недосуг!))
    Ответить
    • Олег Чечулин > Юрий Федоров | 31.01.2017 | 08:43 Ответить
      "Всё полезно, что в рот полезло"
      Ответить
      • Юрий Федоров > Олег Чечулин | 01.02.2017 | 03:53 Ответить
        Не, ну Вы поглядите только: ведь "в ущерб" же! Красота (товарный вид) - без спора в ущерб запаху и вкусу. Это констатируется не мягче постулата. Про запах же и вкус говорят совершенно без даже намёка на пользу и питательность. А мы ой как хорошо знаем, что вкус и польза никак не зависят друг от друга. Благодаря науке как раз - усилители-шмуселители и ароматизаторы-имитаторы нас захлёстывают уж не один год. Таки получается, что ну нисколько нас не ставят во главу угла - только наша покупательная способность тревожит заказчиков этого дорогого и глубоко научного исследования. Красота + размер и запах + вкус - вот и все темы исследований. То есть только на то, что ПРодавцу важно, внимание направляется. На важнейшее же для нас, Поедаталей этого продукта, мягко говоря начхать всем.

        То есть наука не за здоровье человека, а против него исследования свои исследует (или как минимум индифферентно держится). За чью-то прибыль горой стоит.

        Что там про дело рук утопающего говорится обычно?)
        Ответить
        • leonid_ge > Юрий Федоров | 01.02.2017 | 15:17 Ответить
          Может, я плохо разбираюсь в торговле, но хоть убей не понимаю, для чего понадобилось выводить красиво выглядящие яблоки. Кто выбирает яблоки по красоте/размеру/цвету? Эти параметры просто позволяют покупателю отличить один сорт от другого, но купит он тот сорт, вкус которого он любит.

          Аналогично с клубникой. Если на прилавке два сорта: один - красивый резиновый, а другой - некрасивый, но вкусно пахнущий и вкусный, ясно, что резиновый никто не купит.
          Ответить
        • Пащенко Дмитрий > Юрий Федоров | 01.02.2017 | 19:12 Ответить
          "Кто девушку ужинает, тот её и танцует", ничего личного.
          Ответить
      • Aab > Олег Чечулин | 01.02.2017 | 15:37 Ответить
        Не... Ну так нельзя :)

        Госнаркоконтроль, Роспотребнадзор и прочие госдури с Вами могу не согласиться... А это - опасно!
        Ответить
  • PavelS  | 31.01.2017 | 03:48 Ответить
    Ха, всегда брал не самые красные и не самые крупные помидоры. А тут целую науку подвели.
    Ответить
    • Олег Чечулин > PavelS | 31.01.2017 | 08:45 Ответить
      Теперь Ваша слепая вера в не самые красные и не самые крупные помидоры перешла в разряд научного знания. Разве ж это плохо? :)
      Ответить
  • leonid_ge  | 31.01.2017 | 12:33 Ответить
    Покупали себе всегда яблоки в супере. А тут осенью проходили мимо чьего-то дома, там созрела яблоня и хозяева поставили ведро яблок с надписью "help yourself". Не могу забыть вкус этих яблок - три года прошло. В магазинах и на рынке таких никогда не бывает.
    Ответить
    • napa3um > leonid_ge | 01.02.2017 | 14:25 Ответить
      Вкус халявы никакими селекциями не вывести!
      Ответить
    • Aab > leonid_ge | 01.02.2017 | 15:39 Ответить
      Надо было семена сохранить!
      Ответить
      • leonid_ge > Aab | 01.02.2017 | 16:09 Ответить
        Я не большой специалист в садоводстве, но, кажется, яблоня, выросшая из семечка, не даст плодов, ее надо прививать веткой от плодоносного дерева.
        Ответить
        • Kyu > leonid_ge | 02.02.2017 | 06:50 Ответить
          Какое удивительное заблуждение...
          Ответить
        • PavelS > leonid_ge | 03.02.2017 | 19:25 Ответить
          Всё верно, семечки бесполезны, надо брать черенок или хотя бы одну почку. Если сажать семечко, то яблоня вырастет и плоды получатся, но генетика семечка получается половым способом, гены переставляются местами, выходит всегда "дичка". Яблочки будут маленькими и кислыми и уж точно не такие как на родительской яблоньке. Фактически все сортовые яблони и груши в этом плане размножаются бесполым способом посредством людей.

          Вот пример. У меня на даче растёт изумительно красивая груша. Огроменная. Цветёт красиво и груш "тонны". Но грушки сантиметра 2 размером, горькие, не знаю готовы ли их были бы есть свиньи, но люди их точно не едят. Это всё по той причине что культурная ветка погибла, потом от корня пошла веточка-дичка. Но говорят что культурные деревья болявые, маленькие и слабые, потому и засыхают часто. У дички такой проблемы нет и лишь по этой причине груша вымахала метров на 20 вверх.
          Ответить
          • leonid_ge > PavelS | 03.02.2017 | 22:20 Ответить
            Интересно, как шла эволюция культурных яблонь. Как-то не смог найти толкового объяснения в интернете. Видимо несколько тысяч лет назад - яблони были еще дикие - люди поняли, что гораздо проще и быстрее не отбирать семечки от яблонь с лучшими плодами, а прививать ветки от яблонь с лучшими плодами другим яблоням. При такой селекции заботились о качестве плодов, а не о живучести дерева, потому что живучесть обеспечивает дикое дерево, которому прививают. Получается культурная яблоня - это что-то типа симбиоза двух организмов с немного разным генотипом: один дает живучесть, другой плоды. Наверное, у культурной яблони должна быть какая-то пропорция между количеством плодовых и диких веток, а то если слишком много плодовых, дерево зачахнет, а если слишком мало - урожая не будет.
            Ответить
            • Zavr > leonid_ge | 03.02.2017 | 23:42 Ответить
              Не совсем... Все сорта яблонь - клоны. Равно как и сорта земляники, смородины, сливы, розы. Но яблони(груши, черешни) не размножаются корнесобственными черенками, их всегда прививают на подвой - на другое растение, со своими корнями. Вот прям рубят деревце и на место среза приматывают черенок(привой) нужного вам сорта. Подвой отвечает прежде всего за развитие корневой системы - тип, глубину расположение корней, зимостойкость корней итпд. Но и на надземную часть он в какой то степени влияет - вы наверное слышали словосочетание "карликовые подвои"? Подвой не обязательно выращивают из семечка того же вида(хотя большинство подвоев получают именно так), часто в качестве подвоя выступает дерево другого вида, или специальный сорт, размножающийся вегетативным путем - черешками. Так, грушу можно привить на боярышник или айву, а яблоню на специальный клоновый карликовый подвой - в результате получится невысокое дерево с которого удобно собирать урожай, а плоды будут точно такими же, как у огромного дерева, с которого вы срезали черенок. А вот никаких диких веток допускать нельзя - ветки ниже места прививки сразу вырезают. Если этого не сделать, то ветки подвоя забьют привой, и у вас будет дерево с плодами дикого типа - как в лесу.
              Ответить
          • Nycticorax > PavelS | 04.02.2017 | 13:54 Ответить
            >> Но грушки сантиметра 2 размером, горькие, не знаю готовы ли их были бы есть свиньи, но люди их точно не едят.

            Кстати из них обычно получается отличное варенье...
            Ответить
          • EnigMan > PavelS | 06.02.2017 | 11:12 Ответить
            В целом верно пишите, но "гены переставляются местами, выходит всегда "дичка"" - звучит безосновательно. В действительности же получается не дичка, а нечто с непредсказуемыми последствиями, т.к. не ясно, что принесли "отцовские" гены.
            Ответить
          • Kyu > PavelS | 10.02.2017 | 06:06 Ответить
            Интересно, в этом консилиуме хоть кто-нибудь посадил больше одной яблони?
            Ответить
  • Aab  | 01.02.2017 | 17:50 Ответить
    2 leonid_ge:

    Наверняка как-то можно решить дело с прививкой.
    Ответить
  • Zavr  | 03.02.2017 | 23:20 Ответить
    Неужели в культуре совсем не осталось старинных сортов помидоров, у которых еще сохранился вкус и запах?! Тогда бы и обыкновенное скрещивание помогло бы...

    Или потеря вкуса и аромата это какое то древнее событие, и настоящих помидор никто из ныне живущих не пробовал?)
    Ответить
    • EnigMan > Zavr | 06.02.2017 | 11:16 Ответить
      Трудно сказать. Продается много семян, и помидоры получаются разные, в том числе сладкие со вкусом и запахом. Лежат, правда, плохо. Тут же еще в чем дело. Снимают помидоры с куста еще до того как они окончательно созреют, вот и не успевают они окончательно вкуса набраться.
      Ответить
      • Олег Чечулин > EnigMan | 06.02.2017 | 15:56 Ответить
        Так именно из-за плохой лёжкости их и снимают зелёными. Чтобы к моменту доставки до места назначения они как раз созрели.
        Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»