Изображение: Виноградная лоза. Источник: Яндекс Фото.
Редкое генетическое событие, определившее будущее виноградарства
Современные винные и столовые сорта винограда обязаны своим существованием исключительно редкому генетическому явлению. За последние шесть миллионов лет в природе произошло всего два случая генетического обмена, которые привели к появлению гермафродитных цветков. С момента одомашнивания виноградной лозы около 8000 лет назад селекция оставалась процессом, во многом зависящим от удачи и долгого ожидания.
Проблема селекции: годы ожидания ради одного гена
Современные селекционеры, стремясь вывести сорта с улучшенными вкусовыми качествами и устойчивостью к болезням, сталкиваются с серьёзной временной проблемой. Чтобы определить, обладает ли новый саженец генетическим потенциалом для формирования «идеального цветка», им требуется от двух до четырёх лет выращивания и наблюдений.
Дело в том, что дикий виноград раздельнополый: женские растения плодоносят, но имеют стерильную пыльцу, а мужские производят пыльцу, но не дают ягод. «Идеальный цветок», или гермафродит, сочетает в себе оба половых признака и способен к самоопылению. Именно такие сорта, как правило, дают более крупные, сладкие и обильные гроздья, что делает их основным материалом для дальнейшей селекции.
Научный прорыв: маркеры для определения пола
Группа учёных из Корнельского университета и Калифорнийского университета в Дэвисе совершила прорыв в этой области. Им удалось идентифицировать специфические ДНК-маркеры, которые с высокой точностью определяют пол цветка винограда. В процессе исследования они также проследили генетическое происхождение гермафродитных форм. Результаты их работы под названием «Множественные независимые рекомбинации привели к гермафродитизму у виноградной лозы» были опубликованы 13 апреля в авторитетном журнале Proceedings of the National Academy of Science.
«Это первое геномное доказательство того, что гермафродитизм у виноградной лозы возник в результате нескольких независимых событий», — заявил ведущий автор исследования Джейсон Лондо, генетик из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA-ARS) и адъюнкт-профессор Корнельского университета.
Иллюстрация: Министерство сельского хозяйства США. Источник: Яндекс Фото.
«Наша работа имеет огромное практическое значение для селекции и производства, — пояснил Лондо. — Мы разработали генетические маркеры, которые позволяют определить пол будущего растения на ранней стадии. Теперь селекционеры могут заранее отбирать только те комбинации, которые приведут к желаемому результату, экономя годы работы».
Почему это так важно для современного виноградарства?
Подавляющее большинство культурных сортов винограда сегодня — гермафродиты, в то время как их дикие родственники (род Vitis) строго раздельнополы. Селекционеры активно стремятся внедрить в новые сорта гены устойчивости к болезням от диких видов. Однако без возможности определить пол на стадии сеянца, они вынуждены годами выращивать лозы, чтобы в итоге отбраковать те, что оказались однополыми. Это огромные затраты времени, земли и ресурсов.
След в истории: два древних события
В ходе исследования учёные проанализировали ДНК сотен диких и культурных сортов винограда. Они не только нашли уникальные генетические области, отвечающие за пол, но и проследили происхождение гермафродитизма до двух независимых событий генетической рекомбинации. Эти события произошли в промежутке между 6 миллионами и 8000 лет назад.
Джейсон Лондо предполагает, что древние виноградари случайно находили эти высокоурожайные лозы с обоеполыми цветками, собирали с них черенки или семена и таким образом «законсервировали» ценную черту в одомашненных сортах, которые мы знаем сегодня.
Генетические семьи современных сортов
Интересно, что современные сорта можно разделить по их генетическому происхождению:
- Первый генофонд: Каберне Фран, Каберне Совиньон, Мерло, кишмиш «Томпсон».
- Второй генофонд: Семейство Пино (Пино Нуар, Пино Гри и др.), Совиньон Блан, Гаме Нуар.
- Уникальные гибриды: Шардоне и Рислинг несут в себе гены от обоих древних событий. Это указывает на то, что уже в древности виноградари скрещивали лозы из разных генофондов, создавая предков самых популярных сегодня сортов.
Будущее селекции: быстрее и эффективнее
Внедрение генетических маркеров для определения пола кардинально изменит процесс селекции. Оно позволит значительно ускорить выведение новых сортов и резко снизить затраты на селекционные программы.
«Чем больше ДНК-маркеров мы идентифицируем для винограда, тем больше возможностей открывается перед селекционерами для развития всей отрасли, — отметил соавтор исследования, профессор Брюс Райш. — Современные технологии секвенирования и междисциплинарное сотрудничество — ключ к созданию более доступных, устойчивых и продуктивных сортов для виноделов и фермеров».
Источник научной статьи: Phys.org
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Генетический разбор винограда.