Скрытые мутации в генах томатов открывают путь к новым лекарствам и улучшению селекции растений

Новое исследование Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) показывает, что различия в строении лозы томатов (прямая или разветвлённая) могут быть вызваны скрытыми мутациями — изменениями в ДНК, которые не влияют на физические признаки, пока не произойдут определённые другие генетические изменения.

Исследование, опубликованное в Nature, раскрывает, как взаимодействия между скрытыми мутациями могут увеличивать или уменьшать количество репродуктивных ветвей (соцветий) на растениях томата, что напрямую влияет на число плодов, семян и цветков. Эти взаимодействия затрагивают гены-паралоги.

«Паралоги возникают в ходе эволюции путём дупликации генов и являются ключевыми элементами генетических сетей, — объясняет профессор CSHL и исследователь HHMI Закари Липпман. — Мы обнаружили, что совокупности естественных и созданных с помощью CRISPR скрытых мутаций в двух парах паралогов могут по-разному влиять на ветвление томата».

Ключевые моменты исследования:

• Важную роль сыграла пан-геномная карта растений рода Solanum (включая культурные и дикие виды томатов), созданная лабораторией Липпмана. Она указала на естественные скрытые мутации в генах, контролирующих ветвление.
• Используя CRISPR, исследователи создали дополнительные скрытые мутации и проанализировали более 35 000 цветочных кластеров на 216 растениях.
• С помощью компьютерного моделирования (постдок Карлос Марти-Гомес из лаборатории Дэвида Маккэндлиша) учёные смогли предсказать, как конкретные комбинации мутаций изменят количество ветвей.

Значение для науки и практики:

1. Сельское хозяйство: «Теперь мы можем создавать скрытые мутации в томатах и других культурах, чтобы изменять важные сельскохозяйственные признаки, такие как урожайность», — говорит Липпман.
2. Медицина: Подход с моделированием побочных эффектов мутаций может быть применён и в фармакологии. «Когда вы создаёте мутации или используете лекарство, имитирующее их эффект, часто возникают побочные эффекты. Возможность их картировать позволяет выбрать способ контроля нужного признака с наименее нежелательными последствиями», — поясняет Маккэндлиш.

Таким образом, исследование указывает путь не только к улучшению сельскохозяйственных культур, но и к созданию более эффективных и безопасных лекарств.