Биологи «обманули» помидоры, чтобы повысить их урожайность. Для этого ученые соединили черенок одного томата с корнем другого, набор эпигенетических меток которого искусственно изменили. В результате помидор посчитал, что пережил засуху. Статью с описанием исследования опубликовал научный журнал Nature Communications.
«Это можно сделать с любым растением. Наше исследование стало большим прорывом в эпигенетике: теперь ее можно использовать для улучшения урожайности. Более того, в будущем с помощью эпигенетики мы сможем защищать леса от последствий глобального потепления», – рассказала Салли Маккензи, профессор Пенсильванского университета (США) и один из авторов исследования.
То, как работают практически все гены, зависит не только от их структуры, но и от того, как «упакована» та часть нити ДНК, где они находятся, и как она взаимодействует с соседними сегментами генома. За последние годы ученые открыли десятки клеточных механизмов, которые повышают или понижают активность генов. Для этого такие механизмы наносят на белковую упаковку генов особые молекулярные «метки», которые назвают эпигенетическими, или другим образом меняя их «читаемость».
С помощью подобных «дирижеров» генетической активности организмы могут быстро адаптироваться к новым условиям обитания или гибко менять программу поведения в ответ на новые факторы. К примеру, некоторые растения используют эпигенетические метки для того, чтобы «запоминать» засухи, приспосабливаться к ним и передавать эту информацию потомкам.
Эпигенетическая «прививка»
Профессор Маккензи и ее коллеги впервые воспользовались эпигенетикой, чтобы повысить урожайность помидоров. Для этого они привили стебель одного томата к корням другого.
Такую процедуру часто используют при одном из видов бесполого размножения растений и чтобы улучшить свойства многих плодовых культур, например, яблонь и груш. Как правило, если соединить черенки и корни даже разных видов растений, они срастаются. Благодаря этому селекционеры объединяют полезные качества подвоя, то есть уже существующей корневой системы, и привоя – пересаживаемого стебля и побегов.
В ходе своего исследования Маккензи и ее коллеги проверили, как изменится жизнедеятельность и урожайность помидоров, если пересадить их на корень томата с другими генетическими «воспоминаниями». Эпигенетические метки второго растения ученые изменили, чтобы в их клетках повысилась активность гена MSH1.
Этот участок ДНК активизируется в тех случаях, когда растение переживает засуху и «запоминает» информацию о проблеме с доступом к воде. Если его «включить», это не только повышает стойкость растения к непогоде, но и делает его более продуктивными.
Руководствуясь этой идеей, ученые активировали MSH1 в геноме помидоров, удалили их стебли и соединили их с побегами других помидоров, которые раньше не могли пережить засуху. В результате активность MSH1 увеличилась не только в корнях, но и в пересаженном стебле томатов. После этого их урожайность в среднем выросла на 35%.
Дальнейшие наблюдения показали, что потомки унаследовали это качество, сохранив высокую урожайность и стойкость к непогоде на протяжении как минимум пяти поколений. Маккензи и ее коллеги считают, что благодаря их результатам эпигенетику теперь можно широко использовать в сельском хозяйстве и ботанических исследованиях, передает ТАСС.
