Wikimedia Commons
Более 30 лет ученые не могли ответить на вопрос, почему
клонированные масличные пальмы, которые должны давать много масла, вдруг
начинают производить бедные маслом деформированные плоды. Но недавно
группа исследователей из Малайзии и США сумела установить причину этого.
Пальмовое масло на данный момент занимает около 65 % всего мирового рынка растительного масла, и спрос на него продолжает расти. В частности, эксперты, Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO) предсказывают, что к 2020 году мировой спрос на пальмовое масло удвоится, к 2050 – утроится. В 2013 году в мире было произведено 52,3 миллиона тонн пальмового масла, получаемого из околоплодника масличной пальмы, а также 12,6 миллионов тонн более ценного ядропальмового масла, источником которого служат семена этой пальмы.
Более 80 % пальмового масла производится в Малайзии и Индонезии. Наращивая производство, страны-экспортеры расширяют площади пальмовых плантаций, вырубая тропические леса. Только в Индонезии с 1967 по 2000 год площадь пальмовых посадок возросла с 2 000 до более 30000 квадратных километров. Сокращение лесов в Индонезии шло с такой скоростью, что в 2007 году эксперты предсказали их полное исчезновение к 2022 году. В последнее десятилетие темпы вырубки лесов удалось несколько сократить.
Среди разнообразных мер, применяемых для решения этой проблемы, есть и выведение высокопродуктивных сортов масличной пальмы (Elaeis guineensis), которые давали бы большее количество масла на единицу посадочных площадей. Для этого еще с 1974 года начали работу по клонированию особо производительных деревьев. Исследователи брали живые клетки из листьев пальмы, размножали их в лабораторных условиях, получая в итоге саженцы, которые высаживались в почву. Ожидалось, что эта мера позволит поднять урожаи как минимум на 30 %.
Однако сегодня лишь менее одного процента плантаций масличной пальмы занято деревьями-клонами. Выяснилось, что значительная часть этих деревьев приносит дефектные плоды, деформированный околоплодник которых содержит крайне мало масла. Появление аномальных пальм свело на нет все усилия по внедрению высокопродуктивной пальмы в культуру. Выявить дефектные растения можно было лишь после того, как они начнут плодоносить через 3 – 4 года после посадки, а это делало производство пальм-клонов невыгодным. Причины появления неправильных плодов долго оставались непонятными. Раскрывает загадку статья, опубликованная журналом Nature.
Исследование было проведено большим коллективом ученых, часть которых трудится в Совете по пальмовому маслу Малайзии – государственном ведомстве, отвечающем за развитие этой отрасли. Возглавляет их специалист по генетике растений Равигадеви Сумбантамурти (Ravigadevi Sambanthamurthi). Другим соавтором статьи стал генетик Роберт Мартиенссен (Robert Martienssen) из известной Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (Cold Spring Harbor Laboratory). Работа ученых продлилась более десяти лет.
Сначала они секвенировали геном масличной пальмы. Когда в 2013 году эта часть работы была завершена, исследователи приступили к оценке различных эпигенетических механизмов, которые могли повлиять на развитие плодов. Ранее группа Мартиенссена разработала метод изучения одного из эпигенетических эффектов – метилирования ДНК – на популярном в экспериментальной биологии растении арабидопсисе. Теперь этот метод был применен к масличной пальме, как к ее нормальным экземплярам, так и к деревьям, дававшим деформированные плоды.
При метилировании ДНК метильная группа (CH3) присоединяется к цитозину – одному из азотистых оснований в составе ДНК. Если в каком-то гене будет много таких метилированных участков, то фермент ДНК-полимераза, который занят считыванием информации с гена, обработать его не сможет. Соответственно, не будет построена соответствующая цепочка РНК и в конечном итоге не синтезируется белок, за который отвечает этот ген. Метилирование участков ДНК служит, таким образом, методом выключения определенных генов. Утрата метилирования делает ген снова активным.
Именно это событие и произошло в геноме масличной пальмы. Субнатамурти и ее коллеги обнаружили, что во всех образцах дефектных пальм оказался деметилирован один и тот же некодирующий участок гена, отвечающего за рост и развитие цветка. У всех образцов, полученных от нормальных пальм, этот участок был метилирован.
Дальнейшее исследование показало, что при утрате метилирования кодирующая область этого гена считывается ДНК-полимеразой неправильно, что приводит к синтезу дефектного белка и к нарушению развития цветов и плодов пальмы. Уже сейчас ученые разработали простой тест, который способен отсеивать дефектн
Пальмовое масло на данный момент занимает около 65 % всего мирового рынка растительного масла, и спрос на него продолжает расти. В частности, эксперты, Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO) предсказывают, что к 2020 году мировой спрос на пальмовое масло удвоится, к 2050 – утроится. В 2013 году в мире было произведено 52,3 миллиона тонн пальмового масла, получаемого из околоплодника масличной пальмы, а также 12,6 миллионов тонн более ценного ядропальмового масла, источником которого служат семена этой пальмы.
Более 80 % пальмового масла производится в Малайзии и Индонезии. Наращивая производство, страны-экспортеры расширяют площади пальмовых плантаций, вырубая тропические леса. Только в Индонезии с 1967 по 2000 год площадь пальмовых посадок возросла с 2 000 до более 30000 квадратных километров. Сокращение лесов в Индонезии шло с такой скоростью, что в 2007 году эксперты предсказали их полное исчезновение к 2022 году. В последнее десятилетие темпы вырубки лесов удалось несколько сократить.
Среди разнообразных мер, применяемых для решения этой проблемы, есть и выведение высокопродуктивных сортов масличной пальмы (Elaeis guineensis), которые давали бы большее количество масла на единицу посадочных площадей. Для этого еще с 1974 года начали работу по клонированию особо производительных деревьев. Исследователи брали живые клетки из листьев пальмы, размножали их в лабораторных условиях, получая в итоге саженцы, которые высаживались в почву. Ожидалось, что эта мера позволит поднять урожаи как минимум на 30 %.
Однако сегодня лишь менее одного процента плантаций масличной пальмы занято деревьями-клонами. Выяснилось, что значительная часть этих деревьев приносит дефектные плоды, деформированный околоплодник которых содержит крайне мало масла. Появление аномальных пальм свело на нет все усилия по внедрению высокопродуктивной пальмы в культуру. Выявить дефектные растения можно было лишь после того, как они начнут плодоносить через 3 – 4 года после посадки, а это делало производство пальм-клонов невыгодным. Причины появления неправильных плодов долго оставались непонятными. Раскрывает загадку статья, опубликованная журналом Nature.
Исследование было проведено большим коллективом ученых, часть которых трудится в Совете по пальмовому маслу Малайзии – государственном ведомстве, отвечающем за развитие этой отрасли. Возглавляет их специалист по генетике растений Равигадеви Сумбантамурти (Ravigadevi Sambanthamurthi). Другим соавтором статьи стал генетик Роберт Мартиенссен (Robert Martienssen) из известной Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (Cold Spring Harbor Laboratory). Работа ученых продлилась более десяти лет.
Сначала они секвенировали геном масличной пальмы. Когда в 2013 году эта часть работы была завершена, исследователи приступили к оценке различных эпигенетических механизмов, которые могли повлиять на развитие плодов. Ранее группа Мартиенссена разработала метод изучения одного из эпигенетических эффектов – метилирования ДНК – на популярном в экспериментальной биологии растении арабидопсисе. Теперь этот метод был применен к масличной пальме, как к ее нормальным экземплярам, так и к деревьям, дававшим деформированные плоды.
При метилировании ДНК метильная группа (CH3) присоединяется к цитозину – одному из азотистых оснований в составе ДНК. Если в каком-то гене будет много таких метилированных участков, то фермент ДНК-полимераза, который занят считыванием информации с гена, обработать его не сможет. Соответственно, не будет построена соответствующая цепочка РНК и в конечном итоге не синтезируется белок, за который отвечает этот ген. Метилирование участков ДНК служит, таким образом, методом выключения определенных генов. Утрата метилирования делает ген снова активным.
Именно это событие и произошло в геноме масличной пальмы. Субнатамурти и ее коллеги обнаружили, что во всех образцах дефектных пальм оказался деметилирован один и тот же некодирующий участок гена, отвечающего за рост и развитие цветка. У всех образцов, полученных от нормальных пальм, этот участок был метилирован.
Дальнейшее исследование показало, что при утрате метилирования кодирующая область этого гена считывается ДНК-полимеразой неправильно, что приводит к синтезу дефектного белка и к нарушению развития цветов и плодов пальмы. Уже сейчас ученые разработали простой тест, который способен отсеивать дефектн
ые клоны уже на стадии культуры ткани, что сделает выращивание клонированных масличных пальм рентабельным.
