Почему помидоры потеряли вкус

Куда делись вкус и запах помидоров в середине 2010-х занялся крупный международный коллектив, куда вошли научные группы из Китая, США, Испании и Израиля.

Исследователи выбрали 160 распространенных сортов — как старых сортов, так и недавно выведенных селекционерами — и предоставили их на дегустацию 101 испытуемому. Затем расширили число анализируемых сортов до 398, взяв данные предыдущих исследований. В финальную выборку вошли «реликтовые» помидоры, которые выращиваются традиционным, а не промышленным способом, размножаются опылением и так далее, а также дикие томаты и их ближайшие некультивируемые родственники.

Другая часть команды в это время занималась химическим анализом плодов. Они выявили более 400 органических соединений, входящих в их состав и измерили концентрации каждого из них в каждом исследуемом сорте.

Дальше они стали искать корреляции между концентрациями соединений в томатах и тем, как их вкус оценили дегустаторы. Выяснилось, что 33 молекулы связаны с оценками вкусовых качеств томатов, 37 — аромата, а еще 28 веществ ассоциированы одновременно со вкусом и запахом.

На следующем этапе ученые стали искать гены, ответственные за выработку вкусных и пахучих молекул. Сначала они провели полногеномное секвенирование сортов — то есть считали всю генетическую информацию. Затем с помощью полногеномного поиска ассоциаций выявили конкретные генетические последовательности, связанные этими молекулами, и их положение в геноме.

Оказалось, что гены 13-ти искомых веществ попросту отсутствовали в тех современных сортах, качества которых дегустаторы оценили невысоко. Часть других важных для вкуса и запаха генов в них все же присутствовала, но не в тех локусах (не на тех же местах), что в более привлекательных коллекционных сортах. То есть на вкусовых качествах сказывается не только наличие генов, но и их положение в геноме.

Авторы вышеописанного исследования подчеркивают, что вкуса томаты лишились не случайно, а из-за селекции, что, по сути, тоже генная модификация. Только безо всяких манипуляций с геномом при помощи молекулярных инструментов, которые мы освоили к началу XXI века.

Селекционеры, естественно, не ставили перед собой цели получить невкусные помидоры. Просто у них были другие приоритеты: высокая урожайность, устойчивость к холодам и засухам. Или вообще логистические «добродетели»: долгий срок хранения и плоды, которые легче переносят транспортировку.

Все крупные и мясистые плоды рассчитаны на то, что их съест какое-нибудь животное. За время переваривания это животное уйдет, убежит или вовсе улетит куда-нибудь далеко от материнского растения, а потом с экскрементами освободит семена на волю. Пока плод незрел, семена не готовы еще не готовы к такому приключению: у них могли не сформироваться подобающе прочные покровы, достаточный для старта запас питательный веществ или не до конца развиться зародыш. Поэтому незрелые плоды невкусные, невзрачные или даже ядовитые. Когда семена готовы, растение всячески привлекает к себе внимание потенциальных союзников: ярким ли цветом, вкусным ли ароматом, сочной и вкусной ли плотью — или всем и сразу.

Когда помидоры созревают, их маленькие зеленые плоды краснеют и увеличиваются, становятся сочными, сладкими, ароматными — и при этом мягкими. Включение «генов созревания» и выключение генов «незрелости» в томатах, как и у большинства других растений, в основном вызывает этилен (поэтому иногда перед тем, как выложить еще не созревшие на самом деле томаты на прилавок, их поливают этиленом, чтобы те подрумянились).

Это значит, что если контролировать эти молекулярные механизмы, можно получить томаты, которые будут одновременно и удобными для тех, кто ими торгует, и вкусными — то есть привлекательными для покупателей.

Два года назад другая же международная команда, куда вошли некоторые авторы исследования связи вкуса томатов с концентрацией в них специфических соединений, сфокусировалась больше на генах, нежели каскадах биохимических реакций. На основе данных о генетических последовательностях 725 разных сортов и ближайших родственников томата они собрали референсный «пангеном», включающий все возможные кодирующие последовательности.

С помощью алгоритма вычисления присутствующих и отсутствующих вариаций (presence-absence variation analysis) ученые выяснили, что современные томаты в ходе одомашнивания и селекции потеряли 4873 гена. Это позволило им прижиться в разном климате и стать устойчивее к вредителям и болезням — но вместе с тем не всегда позитивно повлияло и на их вкус.

Изменение числа вариантов генов в «пангеноме» по мере увеличения числа исследованных сортов. Зеленая кривая отображает, сколько новых вариантов в «пангеном» дает каждый новый проаналированный генетический вариант. На графике видно, что обогащение «пангенома» нелинейно зависит от увеличения выборки, и что выборка более чем достаточна, ибо кривые вышли на плато

Из многотысячной выборки утраченных генов внимание исследователей привлек ген TomLoxC, один из аллелей которого встречался особенно нечасто в современных сортах. Этот ген оказался важным в выработке летучих соединений апокаротиноидов, что придают плодам томата тот самый запах. Причем если у растения присутствовали оба аллеля этого гена, то в вызревающих плодах томата обнаруживалось больше продуктов транскрипции гена, и вызревшие плоды становились еще более ароматными. Если же в геноме присутствовало две копии одного варианта, запах плода был более скромным.

Продолжив эксперименты, ученые получили трансгенные томаты-черри с вкусными и ароматными плодами. Правда, в чисто научных целях. Но авторы работают утверждают, что их результаты могут взять на вооружение производители семян.

С помидорами работали и другие генные инженеры. Например, одна научная группа внедрила в них гены черники — и получила плоды фиолетово-черного цвета. Ещё одна команда исследователей создала другие помидоры с запахом, напоминающим корицу. Его обуславливает наличие фенилпропаноидов. Эти вещества более знамениты свойством снижать риск развития болезни Альцгеймера. Третьи нашли гены, работая с повторностью которых, можно удлинять или укорачивать плоды томата.

Долгие века селекции подарили нам огромное разнообразие помидоров. Одни — мясистые, сладкие и ароматные, но хранятся не дольше недели и не выносят длительной транспортировки. Другие вызревают на вечной мерзлоте, но жестки и безвкусны. Есть третьи, четвертые, пятые, десятые — и все со своими «но». Генная инженерия способна обратить эти «но» в «а еще и».

Правда, их создание, выращивание, применение и продажа в большинстве стран строго регламентированы и ограничены. Так что томаты пока ждут своей очереди вместе с картофелем и хлебом.

Метки: # # # # #