Фото: із відкритих джерел
Дослідники виявили генетичну систему, яка синхронізує розвиток чоловічих і жіночих органів квітки томата та момент вивільнення пилку. У тепличних зимових випробуваннях відредаговані CRISPR рослини формували плоди значно краще за контроль, зокрема завдяки партенокарпії.
Про це повідомляє сайт Аграрії разом з посиланням на Hortidaily.
Зав’язування плоду в томата починається з квітки й залежить від точної послідовності подій: синхронного розвитку чоловічих і жіночих органів, своєчасного вивільнення пилку та запліднення. На цей процес сильно впливають температурні стреси: холод знижує життєздатність пилку й може зірвати запліднення, а спека також здатна порушувати зав’язування.
Як повідомляють автори дослідження, їм вдалося описати генетичну систему, яка допомагає «узгоджувати» ключові етапи розвитку квітки та старт росту плоду. Роботу очолили проф. Наомі Орі та докторант Наве Ман (Єврейський університет у Єрусалимі) у співпраці з науковцями з Leibniz Institute of Plant Biochemistry (Німеччина) та Agricultural Research Organization (Volcani Institute, Ізраїль).
Що саме досліджували
Команда зосередилася на системі, пов’язаній із реакцією рослини на ауксин — гормон, який регулює ріст і репродуктивні процеси. У цій системі частина факторів підсилює відповідь, а невелика регуляторна РНК miR167 виконує роль «гальма», допомагаючи утримувати активність ключових генів у балансі.
Щоб з’ясувати роль окремих компонентів, дослідники застосували CRISPR-редагування та змінили кілька генів, пов’язаних із цією регуляцією.
Ключові гени та ефект для квітки
За даними дослідження, два близькі за функцією гени SlARF8A і SlARF8B працюють разом, координуючи розвиток чоловічих і жіночих репродуктивних органів квітки. Один із цих генів також впливає на момент розкриття пиляків (антер) для вивільнення пилку — критичний етап для успішного запліднення.
Партенокарпія та результати в зимовій теплиці
Змінюючи як «підсилювальні», так і «стримувальні» елементи цієї генетичної рівноваги, команда отримала комбінацію, за якої рослини починали формувати плоди без запліднення — через природний процес партенокарпії. Це призводить до утворення безнасінних томатів.
У матеріалі зазначено, що відредаговані рослини починали плодоутворення раніше за всіх протестованих умов. За холодних зимових умов вони формували плоди тоді, коли інші рослини давали мало або не давали їх зовсім.
У зимових тепличних експериментах на початку сезону відредаговані рослини дали понад у 18 разів більше плодів, ніж звичайні. До моменту збирання врожаю вони забезпечили у 6 разів більше стиглих томатів і у 10 разів більшу загальну масу стиглих плодів. Наприкінці експерименту більшість плодів на модифікованих рослинах уже почервоніла, тоді як на немодифікованих переважали зелені плоди.
Також повідомляється, що відредаговані рослини були компактнішими й спрямовували більше ресурсів на формування плодів, а не на нарощування стебел і листя.
“Our findings show how tomato plants use a carefully balanced genetic system to coordinate flower development, pollen release and the beginning of fruit growth,” said Prof. Ori. “Understanding this system may eventually help us develop crops that produce fruit more reliably when temperatures make normal fertilization difficult.”
Що це може означати для виробництва
Автори вказують, що такі результати потенційно можуть допомогти продовжити виробництво томатів у холодніші місяці та підвищити стабільність зимових зборів у теплицях. Водночас перед можливим комерційним застосуванням потрібні додаткові дослідження — зокрема щодо впливу генетичних змін на розмір, смак і загальну якість плодів, а також щодо перенесення підходу в аграрні сорти.
Окремо зазначено, що підхід може бути цікавим для томатів на переробку, де безнасінні плоди та знижений вміст «желе» можуть бути перевагою.
Основні факти
- Об’єкт: томат; процес — зав’язування плоду за стресових температур, зокрема за холоду.
- Мішень регуляції: ауксинова відповідь; регулятор — miR167.
- Ключові гени: SlARF8A і SlARF8B.
- Метод: CRISPR-редагування генів.
- Ефект: партенокарпія (плоди без запліднення, безнасінні томати), ранніший старт плодоутворення.
- Зимова теплиця: на старті сезону >18× більше плодів; до збору — 6× більше стиглих томатів і 10× більша маса стиглих плодів (порівняно з контролем).