Недавние исследования пролили свет на генетические истоки одомашненных растений, особенно на цветную капусту (Brassica oleracea) и ее фрактального родственника, роменеско. В процессе одомашнивания люди выбирали растения, наиболее подходящие для их нужд, что привело к значительным генетическим изменениям.
Цветная капуста и роменеско имеют поразительно разные внешние виды, причем роменеско характеризуется своей фрактальной структурой, состоящей из спиралей конусообразных соцветий. Это исследование, опубликованное в журнале Science, изучает, как накопленные за века генетические изменения привели к таким сложным формам.
Используя Arabidopsis thaliana, хорошо изученного родственника капусты, исследователи обнаружили, что две специфические генетические мутации могут трансформировать цветы в маленькие капусты. Это предполагает, что ограниченное количество мутаций необходимо для преобразования ансестральных структур растений в съедобные формы.
Рост растений зависит от конкуренции между 'стеблевыми' и 'цветочными' генами внутри почек. Исследование использовало комбинацию биологических экспериментов, математического моделирования и 3D-симуляций для изоляции генетических механизмов, ответственных за структуру цветной капусты.
В нормальных растениях ген, называемый 'цветочным архитектором', активируется в цветочных почках, вызывая дополнительные цветочные гены, чтобы предотвратить вмешательство генов стебля. Однако в цветной капусте Arabidopsis необходимые цветочные гены неактивны из-за мутаций, что позволяет генам стебля доминировать.
Это приводит к цепной реакции, при которой модифицированные стеблевые почки производят новые цветочные почки, которые снова становятся стеблевыми, создавая эффект накопления стеблей. Исследование показывает, что как цветная капуста, так и роменеско имеют схожие генетические механизмы, хотя скорость роста и структура роменеско приводят к его отличительному фрактальному виду.
Результаты имеют значительные последствия как для исследований, так и для сельского хозяйства. Идентификация мутаций, ответственных за эти уникальные формы, может облегчить одомашнивание диких зеленых капуст с сельскохозяйственными преимуществами, такими как устойчивость к болезням и толерантность к температуре. Этот подход, называемый 'de novo одомашниванием', нацелен на воспроизведение длительного процесса одомашнивания с помощью современных технологий редактирования генома.
Кристоф Годен является научным директором в Inria, а Франсуа Парк руководит командой 'Регуляторы цветочного развития' в Inrae.