Ускоренная доместикация физалиса с помощью редактирования генов
Почти все продукты, которые мы едим, — результат тысяч лет селекции. Дикие предки культурных растений имели мелкие плоды, раскидистый рост и склонность к осыпанию семян. Процесс доместикации долог и трудоёмок. Лаборатория Джойс Ван Эк решила ускорить одомашнивание физалиса (Physalis pruinosa) — полудикой "сиротской" культуры — с помощью современных методов редактирования генов.
Забытый плод
Физалис, родственник томата и физалиса овощного, даёт мелкие, размером с мрамор, ягоды в бумажной оболочке (чехлике) с цитрусовым вкусом. Он богат антиоксидантами, витаминами A, B, C и другими питательными веществами. Однако его коммерческое производство практически отсутствует из-за неудобных для сельского хозяйства признаков: раскидистого роста и осыпания плодов до созревания.
Критическим элементом проекта стало привлечение фермеров и садоводов-любителей из Нью-Йорка для определения признаков физалиса, нуждающихся в улучшении. Их отзывы о времени цветения, размере, вкусе плодов и осыпании были использованы в работе.
Укрощение дикого растения
Для ускорения селекции был применён инструмент редактирования генов CRISPR/Cas9. Он позволяет целенаправленно создавать мутации, копируя известные полезные изменения из родственных культур, например, томата.
Вместе с коллаборатором Заком Липпманом из Cold Spring Harbor Laboratory исследователи опубликовали первые результаты в журнале Nature Plants.
Управление ростом: В томате естественная мутация в гене *SELF PRUNING (SP) подавляет цветение и приводит к более компактному росту. Редактирование этого гена в физалисе дало аналогичный результат: растения с мутацией в SP стали значительно компактнее, с более короткими ветвями, что удобно для масштабного выращивания и сбора урожая.
Увеличение размера плодов: Был отредактирован ген CLAVATA1 (CLV1)*, который напрямую контролирует размер плода. У томата мутации в этом гене приводят к увеличению плодов. Хотя растения физалиса с отредактированным CLV1 внешне не отличались, их плоды стали тяжелее на 20% после изменения всего одного гена.
Процесс редактирования гена, такого как CLV1 или SP, с помощью CRISPR/Cas9 занимает около года, тогда как традиционная селекция требует гораздо больше времени и усилий для достижения того же результата.
Будущее проекта
Для полной доместикации физалиса планируется изучить гены, связанные с другими признаками: осыпанием плодов, вкусом, питательной ценностью и дальнейшим увеличением размера. Цель — создать компактное растение с крупными, питательными плодами, которые не осыпаются. Мутации всех генов, контролирующих эти признаки, будут совмещены в одном растении.
Физалис — не единственное дикое растение, которое можно одомашнить. CRISPR/Cas9 можно применить практически к любому виду растений, что в будущем позволит быстро доместицировать и другие дикие виды.