Интересная обзорная статья про помидорчики на n+1
Помидоры у нас круглый год пластиковые на вкус, сетует обитательница женского форума. Активная участница форума агрономов-любителей жалуется на голландский сорт томатов Лоджейн: Кирпич, а не помидор. Авторитетного консенсуса, какие же томаты выискивать на рынках и прилавках магазинов или какие сорта сажать на своих участках, будто бы нет. В редакции N+1 тоже считают, что купить сочный, вкусный и ароматный помидор небывалая удача. Разбираемся с потерей помидорного запаха и вкуса, читая научную периодику.
Негодование потребителей неспишешь нинакакие психологические эффекты икогнитивные искажения изсерии раньше было лучше: ученые подтверждают, что томаты уже нете, что были раньше.
Вконце 90-х норвежские маркетологи отобрали все найденные ими всупермаркетах сорта иразновидности томатов, азатем спомощью добровольцев-дегустаторов оценили ихвкусовые качества (такие исследования носят звучное имя sensory studies). Потребителям понравились тесорта, что содержали много сахаров. Наследующем этапе ученые проанализировали спрос ивыяснили, что люди отдают предпочтение твердым плодам вкус которых далеко оттого, который выбирали дегустаторы впервом исследовании. Такие плоды хорошо годятся для фаршировки, засола ипрочей обработки.
Затем исследователи предложили производителям томатов иторговым сетям маркировать свой товар, чтобы покупатели понимали, твердые или сахаристые покупают. Врезультате этого эксперимента потребление томатов вНорвегии увеличилось спримерно пяти до15-20 килограммов надушу населения вгод оказывается, потребители просто немогли разобраться, какие плоды вкусные.
***
Томат родом из Латинской Америки. В Европу его привезли
испанцы в XVI веке. Слово же томат происходит от томатль, которым
астеки обозначали и растение, и его плоды.
Происхождение же русского слова помидор имеет несколько версий. По
одной из них, это название восходит к итальянскому pomo doro, что
означает золотое яблоко. По другой к французскому pomme damour
(яблоко любви), которое ссылается на репутацию помидоров, как
афродизиаков, в эпоху барокко. В России до XVIII века к помидорам
относились настороженно: слишком уж их листья похожи на ядовитую
беладонну, европейскую представительницу того же семейства
пасленовых, которую в народе называли сонной одурью.
***
Изображение томата Solanum lycopersicum из ботанического труда начала XIX века J.T. Descourtilz
Куда делись вкус изапахНопример норвежской реформы неотвечает навопрос, почему помидоры лишились вкуса. Этим всередине 2010-х занялся крупный международный коллектив, куда вошли научные группы изКитая, США, Испании иИзраиля. Дизайн ихисследования напоминал сценарий телепередачи Контрольная закупка: народная дегустация, лабораторные тесты, сведение данных.
Исследователи выбрали 160 распространенных сортов как старых сортов, так инедавно выведенных селекционерами ипредоставили ихнадегустацию 101испытуемому. Затем расширили число анализируемых сортов до398, взяв данные предыдущих исследований. Вфинальную выборку вошли реликтовые помидоры (так называемые heirloom plants: овощи ифрукты, которые выращиваются традиционным, анепромышленным способом, размножаются опылением итак далее прим. N + 1), атакже дикие томаты иихближайшие некультивируемые родственники.
Другая часть команды вэто время занималась химическим анализом плодов. Они выявили более 400 органических соединений, входящих вихсостав иизмерили концентрации каждого изних вкаждом исследуемом сорте.
Дальше они стали искать корреляции между концентрациями соединений втоматах итем, как ихвкус оценили дегустаторы. Выяснилось, что 33молекулы связаны с оценками вкусовых качеств томатов, 37 аромата, аеще 28веществ ассоциированы одновременно совкусом изапахом. Вчисло особо значимых веществ попали глюкоза, фруктоза, компоненты растворимой клетчатки, лимонная ияблочная кислоты, геранилацетат, сулкатон (6-метил-5-гептен-2-он) игваякол (ароматическое вещество изкласса фенолов сдымным запахом; импахнет, например, пряный ром). Причем ихконцентрации встарых коллекционных сортах оказалось существенно выше, чем всовременных.
***
Сулкатон, по-видимому, сказывается не только на любви людей к помидорам, но и на любви комаров к людям. Когда ученые пытались обнаружить различия в геномах комаров, кусающих и не кусающих людей, было выявлено 14 генов, ключевой из которых ген обонятельного рецептора Or4. Эта разновидность рецепторов реагирует больше всего как раз на сулкатон. Правда, заставить комаров с рецепторами Or4полюбить опрысканных сулкатоном морских свинок у ученых не получилось.***
На следующем этапе ученые стали искать гены, ответственные завыработку вкусных ипахучих молекул. Сначала они провели полногеномное секвенирование сортов тоесть считали всю генетическую информацию. Затем спомощью полногеномного поиска ассоциаций выявили конкретные генетические последовательности, связанные этими молекулами, иихположение вгеноме.Оказалось, что гены 13-ти искомых веществ попросту отсутствовали втех современных сортах, качества которых дегустаторы оценили невысоко. Часть других важных для вкуса изапаха генов вних всеже присутствовала, ноневтех локусах (ненатехже местах), что вболее привлекательных коллекционных сортах. Тоесть навкусовых качествах сказывается нетолько наличие генов, ноиихположение вгеноме.
Как так получилось
Помидоры пластиковые из-за генной модификации, пишет обитатель форума айтишников под ником Курцвейл. Онотчасти прав: авторы вышеописанного исследования подчеркивают, что вкуса томаты лишились неслучайно, аиз-за селекции, что, посути, тоже генная модификация. Только безо всяких манипуляций с геномом при помощи молекулярных инструментов, которые мыосвоили кначалу XXIвека.
Селекционеры, естественно, неставили перед собой цели получить невкусные помидоры. Просто уних были другие приоритеты: высокая урожайность, устойчивость кхолодам изасухам. Или вообще логистические добродетели: долгий срок хранения иплоды, которые легче переносят транспортировку.
После Второй мировой войны компании-производители семян просто беспокоились отом, как накормить как можно больше людей, отмечает один изавторов статьи, профессор Института молекулярной иклеточной биологии Валенсии Антонио Гранелл вкомментарии для The Guardian.
Ковторой половинеXX века аграрии поняли, что накоммерческий успех овощей ифруктов влияет ихкрасота ивплотную занялись тем, чтобы тевыглядели симметрично, привлекательно ихорошо сохраняли свою форму. Но при этом им также нужно было сохранить их транспортабельность, которая намного выше у неспелых плодов. Таким образом, аромат ивкус помидоры потеряли просто потому, что выпали извнимания компаний-производителей. Супермаркеты заполнились сортами, которые хорошо переносят длительную транспортировку и при этом вкусно выглядят. Иными словами, селекция была направлена на то, чтобы плоды становились красными раньше, чем по-настоящему созреют.
Такие сорта получились, опятьже, врезультате десятилетий селекции. Сейчасже насмену селекции весьма грубому способу вмешательства вгеном пришли гораздо более точные методы. Сихпомощью стало возможным получать плоды спочти любыми качествами без потери других.Так, например, китайские ииспанские биологи выявили молекулярный механизм созревания плодов. Оказалось, что все вкусные ипахучие вещества, равно как икрасные пигменты, образуются врезультате каскада биохимических реакций впластидах клеток плода. Этот каскад называется хлоропласт-ассоциированной протеолитической деградацией (chloroplast-associated protein degradation, CHLORAD). Одна изключевых реакций этого каскада убиквитинирование белков хлоро- ихромопластов ибелков протеосом спомощью фермента убиквитинлигазыЕ3 (вариант SP1 или его гомолога SPL2).
***
Все крупные и мясистые плоды рассчитаны на то, что их съест какое-нибудь животное. За время переваривания это животное уйдет, убежит или вовсе улетит куда-нибудь далеко от материнского растения, а потом с экскрементами освободит семена на волю. Пока плод незрел, семена не готовы еще не готовы к такому приключению: у них могли не сформироваться подобающе прочные покровы, достаточный для старта запас питательный веществ или не до конца развиться зародыш. Поэтому незрелые плоды невкусные, невзрачные или даже ядовитые. Когда семена готовы, растение всячески привлекает к себе внимание потенциальных союзников: ярким ли цветом, вкусным ли ароматом, сочной и вкусной ли плотью или всем и сразу.
***Когда помидоры созревают, их маленькие зеленые плоды краснеют и увеличиваются, становятся сочными, сладкими, ароматными и при этом мягкими. Включение генов созревания и выключение генов незрелости в томатах, как и у большинства других растений, в основном вызывает этилен (поэтому иногда перед тем, как выложить еще не созревшие на самом деле томаты на прилавок, их поливают этиленом, чтобы те подрумянились). Гены синтеза этилена (например, ACO1, ACS2, ACS4, NR) активируются, опять же, в плодах при созревании, а этилен затем действует как транскрипционный фактор других генов созревания, и вся система раскручивается, как маховик.Убиквитинлигазы Е3 контролируют эти процессы. Они связываются с белками хлоропластов (с которыми связана зеленая окраска плодов), ускоряя их трансформацию в хромопласты (с увеличением числа которых плод наливается цветом). Лигазы способствуют преобразованию клеточных стенок и запускают экспрессию генов, спавших в зеленых плодах. Они же и раскручивают маховик синтеза этилена. Таким образом, эти ферменты прямо или косвенно регулируют все аспекты созревания плода: покраснение, умягчение, появление привлекательного вкуса и аромата. Поэтому если заставить ген, кодирующий лигазу SP1, считываться чаще, это приведет к увеличению числа этих ферментов и заставит плод стремительнее созревать. Подавление же генов синтеза SP1 и SPL2 растягивает во времени процесс созревания. Хотя при этом сам плод во вкусе, запахе и цвете зрелых плодов не потеряет а значит, можно будет отправить еще не созревший плод в долгую дорогу, чтобы он дошел как раз к моменту, как окажется на прилавке.
Это значит, что если контролировать эти молекулярные механизмы, можно получить томаты, которые будут одновременно и удобными для тех, кто ими торгует, и вкусными то есть привлекательными для покупателей.
Сравнение того, как вызревают: (WT) контрольные томаты, (slSP1-KD) томаты с выключенным геном синтеза убиквитинлигазы Е3 SP1, (slSP1-OX) томаты с увеличенной транскрипцией Е3 SP1, (slSPL2-KD) выключенным геном синтеза варианта SPL2. Выключение генов убиквитинлигаз растягивает все аспекты созревания плодов, а их оверэкспрессия ускоряет / Qihua Ling et al. / Nature Plants, 2021
Вернем томатам былое величиеДва года назад другаяже международная команда, куда вошли некоторые авторы исследования связи вкуса томатов с концентрацией в них специфических соединений, сфокусировалась больше нагенах, нежели каскадах биохимических реакций. Наоснове данных огенетических последовательностях 725 разных сортов иближайших родственников томата они собрали референсный пангеном, включающий все возможные кодирующие последовательности.
Спомощью алгоритма вычисления присутствующих иотсутствующих вариаций (presence-absence variation analysis) ученые выяснили, что современные томаты входе одомашнивания иселекции потеряли 4873гена. Это позволило имприжиться вразном климате истать устойчивее квредителям иболезням новместе стем невсегда позитивно повлияло инаихвкус.
Изменение числа вариантов генов в пангеноме по мере увеличения числа исследованных сортов. Зеленая кривая отображает, сколько новых вариантов в пангеном дает каждый новый проаналированный генетический вариант. На графике видно, что обогащение пангенома нелинейно зависит от увеличения выборки, и что выборка более чем достаточна, ибо кривые вышли на плато / Lei Gao et al. / Nature Genetics, 2019
Из многотысячной выборки утраченных генов внимание исследователей привлек ген TomLoxC, один изаллелей которого встречался особенно нечасто всовременных сортах. Этот ген оказался важным ввыработке летучих соединений апокаротиноидов, что придают плодам томата тот самый запах. Причем если урастения присутствовали оба аллеля этого гена, товвызревающих плодах томата обнаруживалось больше продуктов транскрипции гена, ивызревшие плоды становились еще более ароматными. Еслиже вгеноме присутствовало две копии одного варианта, запах плода был более скромным.Продолжив эксперименты, ученые получили трансгенные томаты-черри свкусными иароматными плодами. Правда, вчисто научных целях. Ноавторы работают утверждают, что ихрезультаты могут взять навооружение производители семян.
Спомидорами работали идругие генные инженеры. Например, одна научная группа внедрила вних гены черники иполучила плоды фиолетово-черного цвета. Ещё одна команда исследователей создала другие помидоры сзапахом, напоминающим корицу. Его обуславливает наличие фенилпропаноидов. Эти вещества более знамениты свойством снижать риск развития болезни Альцгеймера. Третьи нашли гены, работая сповторностью которых, можно удлинять или укорачивать плоды томата.
Долгие века селекции подарили нам огромное разнообразие помидоров. Одни мясистые, сладкие иароматные, нохранятся недольше недели иневыносят длительной транспортировки. Другие вызревают навечной мерзлоте, ножестки ибезвкусны. Есть третьи, четвертые, пятые, десятые ивсе сосвоими но. Генная инженерия способна обратить эти но ваещеи. Правда, ихсоздание, выращивание, применение ипродажа вбольшинстве стран строго регламентированы иограничены. Так что томаты пока ждут своей очереди вместе скартофелем ихлебом.
полностью статья на n+1
|
|
|
|
|
|
