Огурцы, популярный продукт, являются ценной коммерческой культурой. Они также играют менее известную роль как ценные модельные растения, которые помогают исследователям расширять границы геномных открытий.
В ходе научного сотрудничества Центра Джона Иннеса и Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS) был проведен ряд экспериментов и геномного анализа для изучения различий между дикими огурцами и их домашними сородичами на молекулярном уровне.
Исследователи изучили генетику, лежащую в основе удлинения плодов одомашненных огурцов, которые длиннее своих коротких, горьких на вкус диких сородичей. Их выводы, опубликованные в журнале Cell, проливают свет на все более важную область генетики и могут позволить селекционерам выводить более крупные и высокоурожайные культуры с гораздо большей точностью и разнообразием.
Большая часть современной селекции растений нацелена на мутации в последовательностях ДНК, кодирующих белки - клеточные машины, которые обеспечивают такие признаки в полевых условиях, как длинные или короткие плоды, горький или сладкий вкус, круглые или морщинистые семена.
Но эти гены, кодирующие белки, составляют лишь небольшую часть генома. Все чаще исследователи используют современные инструменты для изучения последовательностей ДНК, которые не кодируют белки.
Синонимичные мутации, ранее известные как молчаливые мутации, являются примером некодирующих участков генома, которые все больше привлекают интерес биологов.
Предыдущие исследования показали, что они играют определенную роль в клеточных функциях, но мало доказательств того, что они формируют биологические черты в многоклеточном организме.
В этом исследовании, опубликованном в журнале Cell , исследователи изучили, как скрытые мутации могут влиять на признаки, изменяя структуру и функцию РНК - молекулы, обнаруженной в клетках.
С помощью карты геномных вариаций, основанной на популяциях огурцов, была определена длина плода как ключевой признак одомашнивания огурца. Затем исследовательская группа использовала молекулярный и генетический анализ, чтобы выявить точный механизм, который приводит к удлинению огурцов. Они показывают, что одна синонимичная мутация в гене была ключевым фактором удлинения плодов во время одомашнивания огурца, что привело к тому, что плоды стали длиннее на 70%.
Единственная синонимическая мутация (1287C>T) в гене ACS2 была ключевым фактором удлинения плодов во время одомашнивания огурцов. Эта мутация отменяет сайт модификации РНК m⁶A, также изменяя структуру РНК для подавления трансляции, снижая трансляцию ACS2 и уровни этилена, что приводит к увеличению длины плодов до 70%. Источник: John Innes Centre.
Важно то, что мутация не приводит к производству белка, как это было бы в случае с большинством сельскохозяйственных и биологически важных признаков. Вместо этого ген действует на другую молекулу, РНК, изменяя ее форму и подавляя производство белка, который в диком огурце дает «короткий» признак.
«Крошечное «скрытое» изменение в гене огурца, которое когда-то считалось безобидным, играет ключевую роль в увеличении длины современных огурцов. Примечательно, что эта молчаливая мутация, долгое время считавшаяся биологически нейтральной, перестроила регуляцию РНК и внесла непосредственный вклад в развитие одомашненного признака», - говорит доктор Юэин Чжан, научный сотрудник Центра Джона Иннеса и первый автор исследования.
Результаты дают ценную информацию о программах селекции сельскохозяйственных культур, предлагая потенциальные пути для инженерных признаков в будущем. Это исследование особенно актуально для таких признаков, как размер плодов, которые имеют решающее значение для повышения урожайности и получения коммерческой выгоды для производителей.
Исследование также открывает путь для дальнейших научных работ, нацеленных на синонимичные участки, с использованием точных методов улучшения сельскохозяйственных культур, таких как редактирование генов, для улучшения характеристик у различных сельскохозяйственных культур.
Исследование стало результатом совместных усилий группы профессора Иляна Дина из Центра Джона Иннеса (Великобритания) и групп под руководством профессора Сюэюна Яна из Института овощей и цветов и академика Санвэня Хуана, члена Королевского научного общества, президента Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS).
Источник: John Innes Centre.
DOI: 10.1016/j.cell.2025.06.007