Цивилизация
Для любителей спелых, красных, сочных и душистых помидоров в рецензируемой научной периодике появились сразу две хорошие новости, вселяющие надежду, что именно такие радующие глаз плоды сменят когда-нибудь (произойдет это, конечно же, нескоро) безвкусные «пластиковые» овощи, которые населяют сейчас прилавки супермаркетов.
Первая пришла из журнала Current Biology, опубликовавшего результаты многолетнего исследования группы биологов из Флоридского университета, решившей составить исчерпывающую номенклатуру веществ (сахаров, аминокислот, естественных растительных ферментов и ароматных летучих соединений), благодаря которым мы безошибочно отличаем хорошие помидоры «с бабушкиной грядки» от вялых овощей с прилавка.
Для начала авторы составили подробные химические профили 278 плодов, полученных от 152 разновидностей томатов — диких, полудиких и тех, которые были получены в результате скрещивания и селекции еще до того, как были выведены коммерческие сорта, получившие широкое распространение на рынке.
Химический реестр, специфичный для плодов этой разновидности пасленовых, оказался неожиданно огромным, притом наибольший разброс концентраций некоторых ароматических соединений — до трех тысяч раз — наблюдался среди окультуренных растений. Последнее, собственно, хорошо иллюстрирует издержки направленной селекции, которая, акцентируя одни признаки, другие, возможно не менее полезные, подавляет.
Затем, выбрав наиболее химически контрастные сорта, исследователи провели серию скрупулезных тестов с участием профессиональных дегустаторов и рядовых потребителей, которых попросили оценить плоды по многим параметрам — сладости, душистости, сочности, насыщенности вкуса и т. д. То же самое было проделано с образцами, продающимися в супермаркетах. Далее, сопоставив результаты тестов с химическими профилями, авторы выделили группу веществ, при дефиците которых из помидоров улетучивается (притом в буквальном смысле, так как речь идет об ароматических ферментах) их «помидористость».
Таковых оказалось 32, из них 12 отвечают за выраженный «помидорный дух», 12 за вкус и 8 за то и другое одновременно.
Интересно, что некоторые летучие соединения, не относящиеся к группе сахаров, воздействовали на обонятельные рецепторы испытуемых таким образом, что источавшие их помидоры на вкус казались более сладкими, чем даже более сахаристые плоды, что открывает интересные возможности перед селекционерами, так как позволит, например, маскировать пониженную сахаристость томатов, выращенных в умеренных широтах и дачных теплицах, без ущерба качеству продукта.
Разгадка химического секрета «правильного помидора» поможет быстро и осмысленно корректировать дефекты рыночных сортов, однако главная проблема «пластиковых» томатов связана не столько с химией, сколько с экономикой: нежные спелые плоды томатов сложно хранить и неудобно транспортировать, поэтому собирают их почти зелеными, и на прилавке в конечном итоге оказывается безвкусный, бледный недоовощ — постоянный объект сарказма опытных дачников и огородников.
Решить эту проблему может более глубокое знание биологии томатов, чья репутация, кажется, больше всего пострадала в эпоху супермаркетов и массового производства овощей.
Поэтому второй хорошей новостью стала долгожданная полная расшифровка томатного генома, которую журнал Nature сделал главной темой сегодняшнего номера.
В общей сложности изучение помидорного генома продолжалось десять лет, а участвовали в нем три сотни специалистов из 14 стран, объединившихся в международный Консорциум по расшифровке генома томата, в котором ведущую роль играли испанские генетики: основная работа по расшифровке была выполнена в Институте биомедицинских исследований в Барселоне и в Барселонском суперкомпьютерном центре BSC-CNS.
Томат отнюдь не первое растение, геном которого расшифрован к настоящему моменту, но первое, у которого удалось расшифровать ДНК как диких разновидностей (за образец был взят Solanum pimpinellifolium), так и культиваров, что позволило получить максимально полную картину как естественной, так и направленной эволюции растения.
Как выяснилось, помидорная наследственность состоит из 35 тысяч генов, объединенных в 12 хромосом, притом все нуклеотидные последовательности были не только расшифрованы, но и точно локализованы на хромосомах, что позволяет говорить о действительно полной расшифровке томатного генома (часто под «полной расшифровкой» понимают создание реестра ключевых генов, не сопровожденное их картированием).
При сопоставлении генома томатов и эволюционно родственных растений выяснились интересные детали эволюции этой разновидности пасленовых.
Как показал анализ, за последние 120 миллионов лет томаты прошли через два раунда полной трипликации своего генома, то есть количество всей наследственной информации, содержащейся в их геноме, увеличилось в шесть раз.
Уже давно замечено, что подобные кратные «разбухания» генома обычно сопровождаются и возникновением новых видов (точнее, они их, по всей видимости, и провоцируют), поскольку при этом кратно увеличивается и количество мутаций, и отбираемых полезных признаков.
<5>И действительно, согласно сделанным вычислениям, первая трипликация томатного генома произошла непосредственно перед эволюционным разделением пасленовоцветных и виноградоцветных (и те и другие принадлежат к классу двудольных), а другая произошла относительно недавно — перед разделением томатов и картофеля (оба принадлежат к роду пасленовых). Здесь генетики еще раз прикоснулись к главной тайне эволюции —
генетическому механизму возникновения видов, благодаря которому картошка, виноград и помидоры радуют нас каждый по-своему, хотя эволюционный предок у них один.
Расшифровка генома томатов означает, что теперь будет известно, и какие конкретно гены отвечают за производство «правильной помидорной химии», формулу которой расшифровали во Флоридском университете: ведь за каждым сахаром, аминокислотой и пахучим ферментом стоят механизмы экспрессии определенных генов. Все вместе это позволит еще более тонко производить селекцию идеальных помидоров, отличающихся не только ароматом и хорошим вкусом, но и повышенной сопротивляемостью к механическим повреждениям, влажности и фитофторе, из-за которых правильные и дешевые помидоры никак не доедут до супермаркетов.