Виноград сохранил молекулярную память о своих предках спустя 400 лет

Около 400 лет назад скрещивание сортов каберне фран и совиньон блан привело к появлению каберне совиньон. Сегодня это самый распространенный винный сорт в мире. Новое исследование Калифорнийского университета в Дэвисе показало, что виноград до сих пор сохраняет молекулярную память о своих родителях.

Клоны на протяжении веков

В отличие от однолетних культур, виноградные лозы размножаются черенками, а не семенами. Каждое новое растение является клоном своего предка. Это означает, что все современные лозы каберне совиньон генетически почти идентичны оригинальному растению XVII века.

«Когда задумываешься об этом, это необычно по сравнению с большинством культур, которые постоянно улучшаются селекцией», — отметил профессор Дарио Канчу. — «Мы до сих пор культивируем растительный материал, отобранный сотни лет назад, просто потому что каберне совиньон так любим».

Ученые давно задавались вопросом, остаются ли химические «переключатели», помогающие контролировать активность генов (эпигенетические метки), стабильными на протяжении сотен лет клонального размножения. Новое исследование под руководством Канчу, опубликованное в журнале Genome Biology, подтвердило эту гипотезу.

«Это модификации, которые не изменяют сам генетический код, а находятся поверх него», — пояснил Канчу. — «Они могут наследоваться от родителей, но также меняться по мере развития, взаимодействия с окружающей средой или столкновения со стрессом или болезнями».

Команда использовала передовое секвенирование генома для оценки стабильности этих эпигенетических модификаций, которые могут влиять на такие характеристики, как качество плодов и устойчивость к стрессу. Исследование впервые показало, что подобная молекулярная память может сохраняться веками в клонально размножаемой культуре.

«Это похоже на секвенирование 90-летних близнецов и обнаружение родительских сигнатур, которые они унаследовали, даже несмотря на то, что их опыт — и большая часть их эпигенома — изменился с возрастом», — сказал Канчу.

Новые инструменты генетического анализа

Для этого ученые создали детальные карты генома каберне совиньон и его родительских сортов. Они проанализировали несколько клонов каждого сорта и разработали сложную геномную модель, которая улавливает тонкие генетические и эпигенетические вариации точнее, чем традиционные референсные геномы.

Этот новый подход позволил исследователям проследить, как эпигенетические метки наследуются вместе с ДНК, и понять, как эти метки влияют на активность генов. Исследование показало, что клональные растения могут незначительно отличаться друг от друга, но их основные эпигенетические паттерны или «генная память» остаются удивительно стабильными даже после столетий клонального размножения.

Ключи к климатической устойчивости

Это открытие может помочь ученым понять, как долгоживущие культуры адаптируются к окружающей среде и оставляют ли эти адаптации стабильные молекулярные следы. Канчу отметил, что если некоторые эпигенетические реакции на жару, засуху или другие стрессы окажутся стабильными, они могут стать мишенями для селекции.

«Если мы знаем, какие стресс-индуцированные эпигенетические изменения сохраняются, мы могли бы потенциально вводить их, подвергая растения определенным условиям, и отбирать лозы, которые сохраняют эти полезные метки в долгосрочной перспективе — без изменения их генетической структуры и сохранения определяющих характеристик сортов, таких как каберне совиньон».

Методология, разработанная для этого исследования, может быть применена ко многим другим многолетним культурам. Выявляя, какие унаследованные маркеры сохраняются, ученые надеются направлять селекционные программы на повышение устойчивости и качества.

Открытие также имеет исторический резонанс для UC Davis. В 1997 году профессор и генетик Кэрол Мередит впервые идентифицировала каберне фран и совиньон блан как родителей каберне совиньон. Спустя почти три десятилетия команда Канчу показала, что виноград до сих пор несет молекулярные следы этого предкового скрещивания.

«Эта работа связывает классику UC Davis с первым открытием UC Davis», — сказал Канчу. — «Она показывает, что даже спустя столетия каберне совиньон все еще хранит молекулярную память о своем происхождении».