Біологи «обманули» томати, щоб підвищити їхню урожайність. Для цього вчені поєднали черенок одного томату з коренем іншого, набір епігенетичних міток якого штучно змінили. В результаті томат порахував, що пережив посуху.
«Це можна зробити з будь-якою рослиною. Наше дослідження стало великим проривом в епігенетиці: тепер цей метод можна використовувати для поліпшення врожайності. Більш того, в майбутньому за допомогою епігенетики ми зможемо захищати ліси від наслідків глобального потепління», – вважає Саллі Маккензі, професор Пенсильванського університету (США) і один з авторів дослідження.
Те, як працюють практично всі гени, залежить не тільки від їхньої структури, а й від того, як «упакована» та частина нитки ДНК, де вони знаходяться, і як вона взаємодіє з сусідніми сегментами генома.
За останні роки вчені відкрили десятки клітинних механізмів, які підвищують або знижують активність генів. Для цього такі механізми наносять на білкове «пакування» генів (особливі молекулярні «мітки», які називають епігенетичними, іншим чином змінюючи їх «читаність»).
За допомогою подібних «диригентів» генетичної активності, організми можуть швидко адаптуватися до нових умов існування або гнучко змінювати програму поведінки у відповідь на нові фактори. Наприклад, деякі рослини використовують епігенетичні мітки для того, щоб «запам’ятовувати» посуху, пристосовуватися до неї і передавати цю інформацію нащадкам.
Професор Маккензі та її колеги вперше скористалися епігенетикою, щоб підвищити врожайність томатів. Для цього вони прищепили стебло одного томату до коріння іншого. Таку процедуру часто використовують при одному з видів безстатевого розмноження рослин і, щоб поліпшити властивості багатьох плодових культур, наприклад, яблунь і груш.
Як правило, якщо з’єднати живці і коріння навіть різних видів рослин, вони зростаються. Завдяки цьому селекціонери об’єднують корисні якості підщепи, тобто вже існуючої кореневої системи та прищепи – пересаджуваних стебла і пагонів.
В ході свого дослідження Маккензі та її колеги перевірили, як зміниться життєдіяльність і врожайність томатів, якщо пересадити їх на корінь томату з іншими генетичними «спогадами».
Епігенетичні мітки іншої рослини вчені змінили, щоб в клітинах підвищилася активність гена MSH1. Ця ділянка ДНК активізується в тих випадках, коли рослина переживає посуху і «запам’ятовує» інформацію про проблему з доступом до води. Якщо «увімкнути» такий механізм, це не тільки підвищує стійкість рослини до негоди, але і робить її більш продуктивною.
Керуючись згаданою ідеєю, вчені активували MSH1 в геномі томатів, видалили їх стебла і з’єднали з пагонами інших томатів, які раніше не могли пережити посуху. В результаті активність MSH1 збільшилася не тільки в коренях, але і в пересадженому стеблі. Після цього врожайність томатів в середньому зросла на 35%.
Подальші спостереження показали, що нащадки томатів успадкували згадану якість, зберігши високу врожайність і стійкість до негоди протягом, як мінімум п’яти поколінь.
Nature Communications
