У чому секрет великих помідорів, Наука і життя

  • наука

Журнал додано до кошика.

У чому секрет великих томатів

Гігантськими плодами помідорів ми зобов'язані генетичним мутаціям, що стосуються системи управління стовбуровими клітинами рослин.

Навіть люди, далекі від садівництва, знають, що помідори бувають великі та маленькі. Великі плоди – результат довгої селекції; відомо, що дикорослі томати плодоносять зовсім невеликими помідорами, розміром із велику ягоду. Однак серед прибули до Європи з Мексики на початку XVI століття рослин були і екземпляри з дуже великими плодами, дуже схожі на сучасний сорт біфштекс. У наш час навіть сорт черрі перевершує за розмірами плоди диких рослин, що вже говорити про «бичаче серце» або той же «біфштекс». Але як же помідорам вдасться розростатися до таких розмірів?

Відповідь на це запитання знайшли співробітники Лабораторії у Колд-Спрінг-Харбор. Розмір будь-якого органу, що з рослини, що з тварини, залежить від активності його клітин: що частіше, що швидше вони діляться, то більше вийде орган чи частина тіла. Діляться, як ми знаємо, не всі клітки. У тварин вони називаються стовбуровими, їхня роль – постійно розмножуватися, які нащадки можуть поступово набувати спеціалізацію, одночасно втрачаючи здатність до поділу. У рослин схожа історія: у них є так звані меристематичні, або освітні тканини, що складаються з клітин, що інтенсивно діляться, які забезпечують безперервне наростання маси рослини і дають матеріал для утворення різних спеціалізованих тканин.

Звідси випливає, що меристемні клітини, чиє завдання – виростити плід, у великих помідорах активніші, ніж у маленьких. Але будь-яка клітина підпорядковується генетичній програмі. Виявилося, що бурхливий поділ тутпов'язано з генами сімействаCLAVATA. Вони кодують білки-рецептори, а також інші білки, які на них сідають: разом вони пригнічують роботу стовбурових клітин, і в цьому сенсі є противагою іншому гену,WUSCHEL, який якраз стимулює клітинну активність. Рецептор CLAVATA посилає сигнал, що гальмує роботу білка WUSCHEL, і клітинний поділ уповільнюється. Очевидно, що якщо в CLAVATA потрапить мутація, що знижує його функціональність, то стовбурових клітин вийде більше, ніж зазвичай, і маса рослини - або якогось її органу - помітно збільшиться.

Однак у новій статті Захарії Ліппмана (Zachary Lippman) та його колег уNature Geneticsйдеться про мутації не в самих CLAVATA, а в ферментах арабінозилтрансферазах, що відповідають за глікозилювання, тобто-приєднання цукрових залишків молекул білків. Один із ферментів, навішуючи цукор арабінозу на молекулу білка CLAVATA3, яка працює «ключом», допомагав їй потрапити до CLAVATA-«замок» – рецептор на поверхні клітини. Вся справа виявилася в тому, скільки вуглеводних залишків приєднувалося до молекули-ключу. Якщо арабінозних доважків було три, розподіл клітин було звичайним, тканини рослини розвивалися в міру, і помідор нічим особливим не виділявся. Але якщо на CLAVATA3 не вистачало одного або більше цукрів, то він виявлявся несумісним з рецептором, який, відповідно, переставав гальмувати поділ стовбурових клітин, і «на виході» виходив величезний плід. Саме мутації в системі CLAVATA, що виникли сторіччя тому, були причиною збільшення розмірів помідорів.

Зрозуміло, селекціонери про всю цю молекулярну чехарду, що відбувається в меристемних клітинах, знати не могли, і відбирали серед своїх рослин ті, у яких неполадки в системі глікозилювання рецепторів можна булобачити неозброєним оком. Однак тепер, озброєні новими даними, ми маємо можливість працювати над збільшенням продуктивності рослин на найглибшому, клітинно-молекулярному рівні. Так, на рецептор CLAVATA і ферменти, що його обслуговують, можна подіяти якими-небудь речовинами, що змінюють їх активність, а можна і безпосередньо втрутитися в геном і запрограмувати новий, особливо продуктивний сорт. Автори роботи підкреслюють, що описаний сигнальний шлях є у всіх рослин, тому одними лише помідорами область застосування отриманих результатів не вичерпується.