Огурцы, незаменимые летом в салатах и сэндвичах, являются ценной коммерческой культурой. Они также играют менее известную роль в качестве ценных модельных растений, которые помогают исследователям расширять границы геномных открытий.
Сотрудничество учёных
Исследовательское сотрудничество между Центром Джона Иннеса и Китайской академией сельскохозяйственных наук (CAAS) использовало ряд экспериментов и геномный анализ, чтобы изучить различия между дикими огурцами и их одомашненными родственниками на молекулярном уровне.
Они сосредоточились на генетике, которая лежит в основе удлинения плодов у одомашненных огурцов, которые длиннее своих диких родственников со stubby и горьковатым вкусом.
Результаты исследования
Их выводы, опубликованные в журнале Cell, пролили свет на всё более важную область генетики и позволили нам с гораздо большей точностью и разнообразием выводить более крупные и урожайные культуры.
Современная селекция растений во многом направлена на мутации в последовательностях ДНК, которые кодируют белки — клеточные механизмы, которые определяют такие черты в поле, как длинные или короткие плоды, горький или сладкий вкус, круглые или морщинистые семена.
Но эти гены, кодирующие белки, составляют лишь небольшую часть генома. Всё чаще исследователи используют современные инструменты для изучения последовательностей ДНК, которые не кодируют белки.
Синонимичные мутации, ранее известные как молчащие мутации, являются примером некодирующих областей генома, которые всё больше привлекают внимание биологов. Предыдущие исследования показали, что они играют роль в клеточных функциях, но существует мало доказательств того, что они формируют биологические признаки у многоклеточного организма.
В этом исследовании, опубликованном в журнале Cell, учёные изучили, как молчащие мутации могут влиять на признаки, изменяя структуру и функцию РНК — молекулы, обнаруженной в клетках.
С помощью карты геномных вариаций, основанной на популяциях огурцов, длина плода была определена как ключевой признак одомашнивания огурца.
Исследовательская группа использовала молекулярный и генетический анализ, чтобы выявить точный механизм, который приводит к удлинению огурца. Они показали, что одиночная синонимичная мутация в гене была ключевым фактором удлинения плодов во время одомашнивания огурца, что привело к увеличению длины плодов до 70%.
Важно отметить, что мутация не приводит к производству белка, как это было бы в случае с большинством сельскохозяйственных и биологически важных признаков. Вместо этого ген воздействует на другую молекулу — РНК, изменяя её и подавляя производство белка, который у дикого огурца даёт «короткий» признак.
«Крошечное «молчащее» изменение в гене огурца — когда-то считавшееся безобидным — является ключевым игроком в том, что современные огурцы стали длиннее», — сказала доктор Юэин Чжан, научный сотрудник Центра Джона Иннеса и первый автор исследования.
«Примечательно, что эта молчащая мутация, долгое время считавшаяся биологически нейтральной, изменила регуляцию РНК и внесла прямой вклад в развитие одомашненного признака», — добавила доктор Чжан.
Результаты дают ценную информацию для программ селекции сельскохозяйственных культур, предлагая потенциальные способы улучшения признаков в будущем. Это исследование особенно актуально для таких признаков, как размер плода, которые имеют решающее значение для повышения урожайности и получения коммерческой выгоды для производителей.
Исследование также открывает путь для дальнейших исследований, направленных на синонимичные участки, с использованием методов точного улучшения урожая, таких как редактирование генов, для улучшения признаков в полевых условиях у ряда сельскохозяйственных культур.
Это исследование было результатом совместной работы группы профессора Илиан Динга в Центре Джона Иннеса, Великобритания, и команд под руководством профессора Сюэёна Яна в Институте овощей и цветов и академика Саньвэнь Хуанга, FRS, президента Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS).