Это означает больше посевов за вегетационный период и, следовательно, более высокую урожайность. В этом случае это также означает, что растение можно выращивать в более северных широтах, чем это возможно в настоящее время — важный атрибут, поскольку климат Земли становится более теплым.«Наша работа — убедительная демонстрация силы редактирования генов — технологии CRISPR — для быстрого улучшения показателей урожайности в селекции сельскохозяйственных культур», — говорит доцент CSHL Захари Липпман, возглавлявший исследование.
По его словам, области применения могут выходить далеко за рамки семейства томатов и включать многие основные продовольственные культуры, такие как кукуруза, соя и пшеница, от которых так зависит мир.Липпман поясняет, что методика, которую его команда публикует в Nature Genetics, — это больше, чем просто повышение урожайности. «На самом деле речь идет о создании генетического инструментария, который позволяет цветоводам и селекционерам в одном поколении настраивать сроки производства цветов и, следовательно, урожайности, чтобы помочь адаптировать наши лучшие сорта для выращивания в тех частях мира, где они в настоящее время не процветают».В основе метода лежат идеи, полученные Липпманом и его коллегами, включая ученых-растениеводов из Института Бойса Томпсона в Итаке, штат Нью-Йорк, и во Франции во главе с доктором Хосе Хименес-Гомес, об эволюции процесса цветения многих сельскохозяйственных культур и их выращивании. дикие сородичи в зависимости от продолжительности светового периода в сутках. Генетические исследования показали, почему современные культивируемые растения томатов не очень чувствительны к этой переменной по сравнению с дикими родственниками из Южной Америки.
Почему-то для одомашненных растений не имеет большого значения, 12 или 16 часов светового дня у них; они зацветают практически в один и тот же момент после посадки.Хорошо известная гормональная система регулирует время цветения — и, следовательно, время, когда растение даст свои первые спелые плоды.
Гормон флориген и противодействующий «антифлориген» гормон, называемый SP (САМОРЕЗКА), действуют вместе, как инь-янь, соответственно, способствуя или задерживая цветение. На одном из этапов недавно опубликованного исследования исследователи изучали дикие виды томатов, произрастающие на Галапагосских островах — недалеко от экватора, с дневными и ночными днями, близкими к 12 часам круглый год. Они хотели узнать, почему при выращивании в северных широтах с очень длинными летними днями это растение зацвело очень поздно и принесло мало плодов.
Они узнали, что дикие экваториальные помидоры чрезвычайно чувствительны к продолжительности светового дня. Чем длиннее день, тем дольше время до цветения, тогда как «когда у вас более короткий световой период, как в естественной среде обитания растения, они цветут быстрее», — говорит Липпман.
Это предполагает, что в растениях томатов произошли генетические изменения, произошедшие в какой-то момент до или во время одомашнивания дикорастущих томатов. Липпман подозревает, что эти изменения, вероятно, уже произошли, когда испанский конкистадор Кортес привез помидоры в Европу из Мексики в начале 16 века, начав эру широкого распространения этого растения в средних северных широтах.Липпман и его коллеги проследили потерю чувствительности к длине светового дня у домашних томатов из-за мутаций в гене SP5G (САМООБРАБОТКА 5G).
Это член того же семейства генов флоригена и антифлоригена, которые, как уже было известно, регулируют время цветения томатов.Выращивая дикие томаты с Галапагосских островов в теплицах и на полях Нью-Йорка, Липпман и его коллеги наблюдали резкий всплеск экспрессии и активности гормона против флоригена, кодируемого геном SP5G, что привело к появлению цветения намного позже.
Напротив, у домашних томатов этот всплеск антифлоригена намного слабее.Основное нововведение команды — создание разновидностей томатов черри и рома, которые цветут намного раньше, чем одомашненные разновидности, на которых они основаны, — является результатом наблюдения, что, хотя одомашненные растения особенно нечувствительны к длине светового дня, «было некоторое остаточное выражение ген антифлориген SP5G, — говорит Липпман.
Это побудило команду использовать инструмент редактирования генов CRISPR, чтобы вызвать крошечные мутации в гене SP5G. Цель состояла в том, чтобы полностью инактивировать ген, чтобы он вообще не генерировал какой-либо антифлоригеновый белок.Когда эта измененная версия SP5G была представлена популярным сортам томатов рома и черри, растения зацвели раньше и, таким образом, дали плоды, которые созрели раньше. Настройка другого гена антифлоригена, который заставляет растения томатов расти густыми, компактными, похожими на кусты, сделала раннецветущие сорта еще более компактными и раннеурожайными — черту, которую команда называет «дважды детерминированной».
«Мы продемонстрировали ускоренное разведение», — говорит Липпман. «Теперь у нас есть простая стратегия для полного устранения чувствительности к дневному свету у элитных инбредных и гибридных растений, которые уже культивируются. Это может позволить производителям расширить географический диапазон выращивания, просто используя CRISPR для быстрой« адаптации »томатов и других культур к в более северных широтах, где летом очень длинные дни и очень короткие вегетационные периоды ».