Подобно клубнике, картофелю и многим фруктовым деревьям, растения мяты перечной (Mentha × piperita) размножаются бесполым путем, посредством клонального размножения. В случае с мятой это означает, что ее геномы оставались неизменными более 200 лет. Отсутствие генетического разнообразия делает их восприимчивыми к болезням, а это значит, что такие свойства, как урожайность и вкус, остаются неизменными.
Биологи-растениеводы из Калифорнийского университета в Дэвисе использовали радиацию для индукции мутаций в ведущем клоне мяты перечной, выращиваемом в Соединенных Штатах, в результате чего появилось более 250 новых и генетически различных вариантов. В общей сложности они ввели 1406 крупных генетических мутаций, которые теперь можно использовать для идентификации ключевых генов для селекции или отбора новых и превосходных сортов мяты перечной. Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, могут помочь мятной промышленности в разработке новых сортов мяты перечной и послужить ориентиром для улучшения клоновых культур в целом.
«Наши результаты предоставляют мощный ресурс для изучения геномики мяты и недорогой, не содержащий ГМО метод для индукции генетической изменчивости и улучшения стерильных культур», — сказал первый автор Нестор Киппес, бывший научный сотрудник кафедры биологии растений и геномного центра Калифорнийского университета в Дэвисе.
Проект начался, когда компания Mars Inc., мировой производитель кондитерских изделий, приобретший Wrigley в 2008 году, обратилась к команде, возглавляемой научным сотрудником проекта Изабель Генри и заслуженным профессором Лукой Комаи из Геномного центра Калифорнийского университета в Дэвисе, с просьбой внедрить давно необходимые генетические вариации в сорт мяты перечной. В частности, производители мяты и представители отрасли заинтересованы в выявлении генов, обеспечивающих устойчивость к вертициллезному увяданию, почвенному грибному заболеванию, угрожающему выращиванию мяты перечной во всем мире.
Исследователи сосредоточили внимание на сорте «Черный Митчем» (Black Mitcham), клоне перечной мяты, обнаруженном в Англии в 1880-х годах. Поскольку все растения Black Mitcham являются стерильными клонами, они не могут обмениваться геномами посредством полового размножения, как это обычно происходит с генетическими вариациями у видов, размножающихся половым путем.
«Масло перечной мяты сорта Black Mitcham используется компаниями по всему миру для производства конфет, жевательной резинки и зубной пасты. Этот сорт находится под угрозой из-за болезней, поэтому мятной промышленности необходимо убедиться, что они могут продолжать выращивать его или аналогичный сорт с эквивалентными или лучшими свойствами», — сказал Комаи, соавтор исследования.
Для внесения генетического разнообразия исследователи подвергли черенки мяты перечной гамма-излучению, а затем вырастили из них 261 полноценное растение. После секвенирования геномов новых растений и сравнения их с геномом Black Mitcham, они обнаружили, что каждый новый вариант в среднем приобрел 5,83 крупномасштабных мутаций.
«Этому методу мутагенеза почти 100 лет, но он по-прежнему является мощным инструментом для изучения функций генов и развития растений, особенно в сочетании с передовыми методами геномики», — сказал Комаи.
Чтобы понять, как эти мутации повлияли на характеристики растений, исследователи вырастили новые варианты на полевой станции Межгорного научно-исследовательского и опытно-конструкторского центра Калифорнийского университета в Тулелейке и провели дистилляцию масла из листьев растений, чтобы охарактеризовать их масляный состав.
Удивительно, но они обнаружили, что два из клонов производили значительно меньшее количество ментола — молекулы, придающей мяте перечной охлаждающие свойства, — по сравнению с Black Mitcham. В то время как ментол составляет 42% от всех ароматических молекул в масле Black Mitcham, в этих клонах его содержание составляло всего около 4%.
«Мята, очевидно, может менять состав своего масла. Эти масла нужны нам не для производства жевательной резинки — это защитные соединения, — поэтому разнообразие свойств масла позволяет растениям адаптироваться к появлению новых травоядных животных и патогенов», — сказал Комаи.
Подавляющее большинство (250/261) новых вариантов представляли собой химеры, то есть они содержали несколько различных геномов в разных слоях клеток. В соответствии с предыдущими работами лаборатории Комаи по картофелю, другой клоновой культуре, команда показала, что мутации происходили более чем в два раза чаще в стволовых клетках, которые производят кожуру или эпидермис растения (стволовые клетки L1), по сравнению со стволовыми клетками, которые производят сперматозоиды и яйцеклетки растения (стволовые клетки L2).
«Это подтверждает нашу гипотезу о том, что клетки L1 могут быстрее накапливать мутации, чтобы обеспечить полезную изменчивость с незначительными долгосрочными генетическими последствиями, тогда как стволовые клетки L2, возможно, эволюционировали, чтобы быть более устойчивыми к мутациям, дабы защитить половые клетки растения», — сказала Изабель Генри, старший автор исследования.
Возможность изменять геном растения в одном слое стволовых клеток может позволить селекционерам создавать изменения, специфичные для отдельных тканей или органов, без изменения других свойств растения.
«Это означает, что мы можем внедрить устойчивость к болезням в корни, не затрагивая листья или структуру растения. Наш метод предоставляет нетрансгенный и экономически эффективный способ достижения этой цели», — заключил Киппес.
Источник: UC Davis. Автор: Лиана Уэйт.
На графике вы видите развитие популяции мяты перечной. Пазушные почки мяты перечной сорта Black Mitcham (Mentha × piperita) были облучены гамма-излучением из источника 137Cs с дозой 45 Гр. Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2532794123
