В ходе эволюции многие растения развили колючки и шипы для защиты от травоядных. Однако при выращивании сельскохозяйственных культур такое приспособление затрудняет работу. Авторы новой статьи использовали генное редактирование CRISPR-Cas9, чтобы удалить шипы у пасленовых растений. Возможно, в будущем этот метод позволит получить неколючие розы.
Животные и растения длительное время развивались параллельно, взаимодействуя как сотрудничеством, так и конфликтами. Появилось большое количество интересных адаптаций, например шипы и колючки — растенияИспользуют их для защиты от крупных травоядных животных. Уколовшись, животные отказываются от пищи и реже едят стебли и листья с колючками. Но против мелких фитофагов вроде насекомых они плохо помогают — те могут просто проползти мимо.
Остроконечные образования у растений бывают различными. происхождениеЕсли шипы, например розы, являются частями эпидермиса, то большие колючки образовались из листьев (барбариса), а иногда и целых побегов (терна).
Многие растения, культивируемые на полях и в садах, унаследовали острые придаткок от предков. Некоторые сорта баклажана — яркий пример. Solanum melongenaЧашечка цветка у баклажана сохраняется и в плоде. Ее обычно продают вместе с зеленым «шапочкой». Колючки на чашечке могут повредить мякоть плодов при транспортировке, что приводит к порче. Другие сорта баклажанов не имеют колючек на чашечке, а дикорастущие родственники покрыты ими полностью.
То же справедливо и для широкого рода пасленовых. SolanumСемейство паслёновых включает более 1200 видов растений, среди которых помимо баклажана также картофель и томат. Внутри семейства выделяют большую группу… растений, происходящих от колючего предка.
Авторы новой статьи в журнале Science Учёные изучили эволюцию «колючести» у пасленов и её генетические основы. В ходе исследования родственные связи между растениями были реконструированы, и выяснилось, что паслены независимо утратили исходно имевшиеся шипы не менее 31 раза. Теперь половина видов рода таких шипов лишена. Solanum.
Ученые-генетики установили, какие гены определяют данный признак у растений. гены — их назвали LOG, или lonely guyКодируют фермент, участвующий в синтезе цитокининов — фитогормонов, стимулирующих клеточное деление. Мутации в генах семейства LOG превращают колючие растения в неколючие — и наоборот. Биологи выяснили, что такие же мутации ответственны за потерю шипов у зизифуса (китайского финика) и роз.
Картирование признака отсутствия шипов показало, что он определяется геном биосинтеза цитокинина LOG, гомологи которого отвечают за потерю колючек во всех видах. Solanum (D), а также у других групп сосудистых растений (E). Стратегия устранения колючек путем редактирования генома. Chr – хромосома; My – миллион лет; Mya – миллион лет назад; WT – дикий тип. / © James W. Satterlee et al., 2024, science.org
Ученые использовали метод редактирования генома CRISPR-Cas9 для внесения точных изменений. геномУстановлено, что активация генов «колючести» происходит у ряда растений. Solanum sisymbriifolium, или вила-вилаВ дикой природе этот паслен растёт в Австралии, и местные племена собирают его для употребления в пищу.
Новый результат ещё раз демонстрирует нашу способность изменять выборочно. генотип и фенотипЭтот ген может помочь растениеводам сделать баклажаны более удобными для перевозки и хранения, превратить вила-вила в новую сельскохозяйственную культуру. В будущем он может лишить шипов и другие важные для человека растения колючек. Особенно перспективным выглядит получение сортов неколючих роз.