Точные механизмы, задействованные в смягчении томатов, до сих пор оставались загадкой. Исследования, проведенные под руководством Грэма Сеймура, профессора биотехнологии растений в Школе биологических наук Университета Ноттингема, выявили ген, который кодирует фермент, который играет решающую роль в контроле размягчения плодов томата.
Результаты, опубликованные в академическом журнале Nature Biotechnology, могут проложить путь к новым сортам томатов с лучшим вкусом и улучшенным послеуборочным сроком службы за счет традиционной селекции растений.
Исследование TomNet было проведено профессором Сеймуром в сотрудничестве с профессором Полом Фрейзером из Королевского Холлоуэя Лондонского университета.
Он финансировался Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам (BBSRC) и Syngenta Seeds, поставщиком семян овощных культур на мировой рынок.
Профессор Сеймур сказал: «Чтобы поддержать томатную промышленность и еще больше повысить удовлетворенность потребителей новыми сортами томатов, основная научная цель состояла в том, чтобы идентифицировать гены, которые позволяют целенаправленно контролировать размягчение плодов, не влияя на другие аспекты созревания. Такая работа обеспечит превосходный фруктовый вкус и развитие цвета в сочетании с увеличенным сроком хранения."
Главный прорыв в биологии растений и развитии плодов
В современной цепочке поставок критически важен срок хранения.
Чтобы уменьшить потери, это часто расширяется путем выращивания гибридов, которые включают в себя естественные мутации, замедляющие весь процесс созревания. Но увеличение срока хранения таким образом часто может пагубно сказаться на вкусе и цвете.
Вопрос о том, как плод томата разбирает свои клеточные стенки и размягчается во время созревания, ставил исследователей в тупик уже более двух десятилетий. Это исследование нашло ключ к тому, чтобы отделить смягчение от других аспектов качества фруктов.
Профессор Сеймур и его команда определили ген, который кодирует пектатлиазу, которая обычно разрушает пектин в клеточных стенках томата во время созревания.
Профессор Сеймур сказал: «В лабораторных экспериментах мы продемонстрировали, что если этот ген выключен, плоды размягчаются намного медленнее, но все же показывают нормальные изменения цвета и накопление вкусовых соединений, таких как кислоты, сахара и летучие ароматические вещества. Существуют естественные вариации уровней экспрессии гена пектатлиазы у диких родственников культурных томатов, и они могут быть использованы для обычных селекционных целей.
Это открытие может предоставить средства для улучшения контроля смягчения плодов современных сортов томатов."
Это последнее открытие следует за секвенированием генома томата – исследованием, опубликованным в журнале Nature в мае 2012 года и финансируемым BBSRC.
Профессор Сеймур возглавил вклад Великобритании в этот международный проект вместе с коллегами из Имперского колледжа и Института Джеймса Хаттона. Работа также основана на деятельности BBSRC под руководством профессора Фрейзера по развитию метаболома томата, опубликованной в Nature Scientific Reports.
Доктор Чарльз Бакстер из Syngenta сказал: «Это открытие имеет отношение к созданию новых сортов томатов с помощью традиционной селекции растений и является значительным шагом вперед в понимании процессов, связанных с развитием плодов, и позволяет более точно контролировать этот процесс при селекции растений."
Используя обычную селекцию растений, дикие виды томатов можно легко скрестить с культурными томатами.
У одного дикого вида, Solanum pennellii, низкий уровень экспрессии гена пектатлиазы в плодах. Эта генетическая вариация может быть использована для выращивания медленно размягчающихся культурных томатов.
Пол Фрейзер, профессор биохимии в Royal Holloway, сказал: «Исследование также показывает, как можно точно изменить свойства созревания фруктов без неблагоприятного воздействия на химический состав фруктов. Таким образом, потребительские качества, такие как вкус, цвет и питательные свойства, не ухудшаются, а в некоторых случаях улучшаются."
Профессор Сеймур сказал: «У нас уже есть линия, проходящая через очень небольшой участок S. геном pennellii с альтернативной формой гена пектатлиазы. Эту черту можно скрестить с элитным сортом томатов.
Различия в последовательности ДНК между генами пектатлиазы культурного томата и S. pennellii можно затем использовать в качестве маркеров для скрининга потомства от этого скрещивания. Можно выбрать людей, которые представляют фон элитной линии, но также содержат букву S.pennellii вариант гена.
Затем проводится повторное обратное скрещивание с элитной линией, чтобы полностью восстановить этот генетический фон. Выбранные линии затем несколько раз подвергаются самоопылению, чтобы зафиксировать их генетические характеристики."