Преди около 400 години, чрез кръстоска между сортовете каберне фран и совиньон блан, се ражда каберне совиньон. Днес каберне совиньон е най-засаденият винен сорт грозде в света, доминиращ във лозята от Напа до Бордо. Ново изследване от Калифорнийския университет, Дейвис (UC Davis), разкрива, че дори след толкова време, гроздето продължава да носи своеобразна генетична памет за своите родители.
Клонове през вековете
За разлика от едногодишните култури като царевицата или пшеницата, лозите се размножават чрез резници, а не със семена. Всяка нова лоза всъщност е клон на своя предшественик. Това означава, че всяка лоза каберне совиньон, отглеждана днес, е генетично почти идентична на оригиналното растение от XVII век.
"Когато се замислите, това е необичайно в сравнение с повечето култури, които непрекъснато се подобряват чрез селекция," казва професор Дарио Канту от Департамента по лозарство и енология в UC Davis. "Ние все още култивираме растителен материал, селектиран преди стотици години, просто защото каберне совиньон е толкова обичан."
Учените отдавна си задават въпроса дали химическите "превключватели", които помагат за контролирането на това как се включват и изключват гените, известни като епигенетични маркери, остават стабилни през стотици години клонално размножаване. Ново проучване, ръководено от Канту и публикувано в списание Genome Biology, показва, че те наистина са стабилни.
"Това са модификации, които не променят самия генетичен код, а седят върху него," обяснява Канту. "Те могат да бъдат наследени от родителите, но също така се променят, докато се развивате, взаимодействате с околната среда или сте изправени пред стрес или болести."
Екипът използва усъвършенствано геномно секвениране, за да оцени стабилността на тези епигенетични модификации, които могат да повлияят на черти като качеството на плодовете и толерантността към стрес. Проучването е първото, което показва, че този вид молекулярна памет може да се запази в продължение на векове при култура, размножавана клонално.
"Това е като да секвенираш еднояйчни близнаци на 90 години и все още да откриваш родителските подписи, които са наследили, въпреки че техният опит – и голяма част от техния епигеном – се е променил с възрастта," казва Канту.
Нови инструменти за генетичен анализ
За да разкрият това, учените са сглобили много подробни геномни карти на каберне совиньон и неговите родителски сортове – каберне фран и совиньон блан. Те са анализирали множество клонове на всеки сорт и са разработили сложен геномен модел, наречен фазиран графов модел на последователност, който улавя фините генетични и епигенетични вариации по-точно от традиционните референтни геноми.
Тази нова рамка е позволила на изследователите да проследят как епигенетичните маркери се наследяват заедно с ДНК и да разберат как тези маркери влияят върху активността на гените. Проучването показва, че клоналните растения може да показват малки разлики от лоза до лоза, но техните основни епигенетични модели или "генна памет" остават забележително стабилни, дори през вековете на клонално размножаване.
Ключ към устойчивост на климата
Това откритие може да помогне на учените да разберат как дълголетните култури се адаптират към средата си и дали тези адаптации оставят стабилни молекулярни следи. Канту отбелязва, че ако някои епигенетични реакции към топлина, суша или други стресови фактори се окажат стабилни, те биха могли да станат мишени в селекцията.
"Ако знаем кои предизвикани от стрес епигенетични промени се запазват, бихме могли потенциално да ги въведем, като изложим растенията на специфични условия и селектираме лози, които запазват тези благоприятни маркери в дългосрочен план – без да променяме техния генетичен състав и запазвайки определящите черти на сортове като каберне совиньон."
Рамката, разработена за това изследване, може да бъде приложена и към много други многогодишни култури. Чрез идентифициране на това кои наследени маркери издържат, учените се надяват да насочат селекционните програми за устойчивост и качество.
Откритието носи и исторически отзвук за UC Davis. През 1997 г. професорът и генетик от UC Davis, Карол Мередит, за първи път идентифицира каберне фран и совиньон блан като родителите на каберне совиньон. Близо три десетилетия по-късно, екипът на Канту показа, че гроздето все още носи молекулярни следи от това родословно сдвояване.
"Тази работа свързва класика на UC Davis с първооткритие на UC Davis," казва Канту. "Тя показва, че дори след векове, каберне совиньон все още съдържа молекулярната памет за това, откъде е произлязъл."
Източник: Amy Quinton, UC Davis
