Генетические механизмы высокой урожайности яблонь сорта Фуджи

Яблоки — одна из самых ценных плодовых культур в мире, производство которой ведётся более чем в 100 странах. Некоторые яблони естественным образом развиваются в так называемые «спуровые» (spur-type) разновидности — компактные деревья, которые более продуктивны и легче в уходе. Однако генетические механизмы, лежащие в основе этого ценного признака, оставались неясными.

Международная группа исследователей начала с создания первого «полностью фазового» генома популярного яблока Фуджи — по сути, полного генетического чертежа, чётко различающего гены, унаследованные от каждого из двух родителей. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Используя этот новый чертёж, команда изучила 74 клоновых разновидности Фуджи и выявила значительные соматические вариации — мутации, возникающие в течение жизни растения, а не унаследованные. Соматические вариации могут приводить к новым признакам, и у яблонь именно они являются причиной появления деревьев с уникальными характеристиками, такими как раннее созревание или спуровый тип роста.

«Фермеры ценят спуровые яблони, — пояснил Чжанцзюнь Фэй, профессор Института Бойса Томпсона и один из ведущих авторов исследования. — У них более концентрированное образование цветочных почек и повышенная урожайность плодов при меньшей потребности в обрезке. Это делает их идеальными для современных садов, особенно в сложных условиях выращивания».

Яблоко Фуджи, появившееся в 1939 году в результате скрещивания сортов Ред Делишес и Роллс Джанет, известно своим сладким вкусом и хрустящей текстурой. В таких странах, как Китай, где более 70% сортов яблок основаны на клонах Фуджи, спуровые разновидности повысили продуктивность и хорошо адаптировались к районам с бедной почвой и частыми засухами.

Ключевое открытие исследования сосредоточено вокруг гена MdTCP11, который действует как переключатель контроля роста. Исследователи обнаружили, что у компактных яблонь есть небольшая, но значительная делеция (удаление) в ДНК рядом с этим геном. Это заставляет ген становиться более активным, что приводит к более коротким ветвям и более компактной структуре дерева.

Однако на этом история не заканчивается. Учёные также обнаружили, что уровни метилирования ДНК — процесса, который может включать или выключать гены, — были ниже у спуровых разновидностей по сравнению со стандартными. Этот более низкий уровень метилирования позволяет гену MdTCP11 быть более активным, что дополнительно усиливает спуровые характеристики.

Это исследование может иметь важное значение для селекции яблонь. Понимание этих генетических признаков может помочь селекционерам выводить сорта, сочетающие компактный рост с другими ценными характеристиками, например, устойчивостью к болезням.

Это также может привести к более устойчивому производству яблок, поскольку компактные деревья требуют меньше ресурсов для ухода и могут давать больше плодов на меньшей площади. Это яркий пример того, как понимание генетического кода наших продовольственных культур может привести к более эффективным и устойчивым методам ведения сельского хозяйства.