Новый инструмент изучения генетики винограда

Генетические исследования винограда

В. январе 2011 года исследователи завершили наиболее полный на сегодняшний день генетический анализ культурных форм винограда, и, как описано в пресс-релизе Министерства сельского хозяйства США, их работа может помочь виноградарям выращивать виноград, который в большей степени способен противостоять болезням и вредителям. Результаты работы комментировал ведущий исследователь этой темы из Стенфорда, доктор Шон Майлс, некоторое время работавший также с (Институтом Геномного Разнообразия (Institute for Genomic Diversity) который является частью университета Корнелла.

Как говорит сам Шон:

Я работаю над генетикой винограда (род Vitis). Мы уже обнаружили и описали более 100000 генетических маркеров — SNP (отличий ДНК размером в один нуклеотид) в геноме 17 сортов винограда. Анализ этих данных будет предоставлять подробное описание мировых генетических вариаций в сортах винограда и представляет собой первый шаг в нашей работе.

По результатам работы доктор Майлс сообщил, что их исследовательская группа наиболее полно на сегодняшний день исследовала так называемые генетические метки (маркеры), винограда, то-есть участки генома, отвечающие за определенные свойства винограда, имеющие значение для людей(например вес, вкус винограда, аромат, сила роста, устойчивость к болезням). Теперь представляется возможным использовать эти маркеры для выведения новых сортов винограда с комбинацией желаемых качеств.

Пример изменчивости размера ягод наблюдаемый у Vinifera Vitis.

Сейчас виноград (и виноградари) все больше страдают от серьезного давления виноградных болезней. Виноградники во всем мире в прямом смысле «орошаются» химическими веществами, чтобы отразить натиск милдью, оидиума и других патогенов. Участники исследования рассчитывают, что описанные ими маркеры начнут использоваться в селекционных программах, что приведет к появлению сортов, устойчивых к болезням. Если виноградари старой Европы будут достаточно храбры, чтобы отбросить 1000-летний опыт выращивания таких сортов, как Пино Нуар, которые являются разносчиками болезней, и начнут возделывать новые, устойчивые к болезням сорта, то мы получим намного более экологически чистый виноград.

Первейшая задача будет заключаться в разработке сортов, которые так же вкусны, как те, к которым мы привыкли, и при этом намного более устойчивы к факторам внешней среды.

Более подробно с результатами работы можно ознакомиться на сайте организации.

Генетики проследили историю одомашнивания винограда

Американские генетики и энологи проследили историю появления культурного винограда (Vitis vinifera ssp. vinifera). Они изучили геномы разных подвидов и пришли к выводу, они разделились на дикий (подвид sylvestris) и культурный (подвид vinifera) примерно 30-22 тысячи лет назад. У растений подвида vinifera, который впоследствии одомашнили люди, изменился метаболизм углеводов, а из раздельнополых они превратились в гермафродитов. Ученые нашли гены, по-видимому, ответственные за эти изменения. Статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Статья по теме:   Намибия: презентация сортов винограда ARRA

Люди делали виноградное вино еще в эпоху неолита. Сосуды со следами вина возрастом около 7,5 тысяч лет находили на территории современного Ирана, а древнейшую винодельню — в Армении. Исследователи полагают (1, 2), что виноград был одомашнен 6-8 тысяч лет назад в горных районах Ирана, Турции или в Закавказье. После этого культурный подвид vinifera завезли на Ближний Восток, а оттуда он попал в Египет и в Грецию.

У одомашненного винограда ягоды и гроздья увеличились в размерах, ягоды стали слаще, изменилась морфология косточек, а сами растения из раздельнополых превратились в гермафродитов. Авторы нового исследования попытались идентифицировать гены, мутации в которых вызвали эти изменения.

Для этого исследователи определили и проанализировали последовательности полного генома 11 культурных растений подвида vinifera, девяти растений дикого винограда (подвида sylvestris) и одного — мускатного винограда подвида rotundifolia.

Ученые выяснили, когда дикий подвид sylvestris и впоследствии одомашненный vinifera отделились от общего предка — примерно 22-30 тысяч лет назад. Намного позднее, около 2,6 тысяч лет назад, культурный виноград разделился на столовый и «винный». Также, исследователи нашли ген, по-видимому, ответственный за увеличение сладости винограда: это ген белка-транспортера углеводов SWEET1. Экспрессия этого гена в спелых ягодах vinifera была гораздо выше, чем в созревающих. За превращение раздельнополых растений (с пестиками и тычинками в разных цветках) в гермафродитов (пестики и тычинки вырастают в одном цветке и может происходить самоопыление), как оказалось, отвечают десять генов во второй хромосоме.

Авторы статьи заметили, что поскольку культурные сорта винограда размножают, по большей части, бесполым путем (черенками), в геноме у них накапливаются делеционные (и часто вредные) мутации. То есть одно нуклеотидное звено «выпадает» из цепи ДНК. По сравнению с диким, у одомашненного винограда таких мутаций примерно на пять процентов больше.

Вино нередко служит источником вдохновения для ученых и они придумывают самые разные темы для исследований. Так, психологи выяснили, что размер и форма винного бокала влияют на восприятие объема в нем вина. Другая группа психологов обнаружила, что если на винной этикетке указана высокая цена, вино кажется дегустатору вкуснее. А специалист по исследованию вина проверил профессиональных дегустаторов. Оказалось, что они не различают вкус вин, выращенных в холодном и теплом климате, хотя по химическому составу эти напитки разные.

События года 2019

Финансы

Страхование

Потребительский рынок

Энергетика

Транспорт

Здравоохранение

Технологии

Бизнес

Недвижимость

Образование

Генетика лозы

Загадка винограда

Виноград так вплелся в историю и культуру человечества, что, пожалуй, может поспорить разве что со злаковыми. Сколько тысячелетий существует Homo sapiens, столько он возделывает виноград. Но были ли центры окультуривания винограда в Крыму, или сюда лоза попадала из Греции, Рима, Византии? А может, его завезли по Великому Шелковому пути, одна из ветвей которого проходила через Крым? Существует ли исконно крымский автохтонный виноград, или весь он был завезен на полуостров? Был ли окультурен виноград в одном месте, как полагают на Кавказе, а потом распространился по всему миру или все же таких центров окультуривания существует много? Ответов на эти вопросы до сих пор нет. Разгадать загадку ученые пытаются уже долгие годы.

Статья по теме:   Сорт винограда Саратовский ранний

Полагают, что тавры готовили вино еще до появления в Крыму греческих колоний. Впервые 79 аборигенных сортов Крыма описал в начале ХХ века ученик князя Голицина, профессор Александр Иванов.

После войны были продолжены усилия по сбору аборигенных сортов. В 1969-1974 годах коллекция пополнилась еще 35 сортами. Но автохтоны ли они на самом деле, ведь молекулярной генетики тогда еще не существовало.

Выдающийся советский ученый Александр Негруль, изучавший происхождение винограда, специально организовывал экспедиции для исследования дикого винограда в Крыму.

400 километров по лесам

Проверить все возможные версии и собранные предшественниками доказательства с высоты современной науки взялась команда крымских ученых из института «Магарач». Разумеется, целью проекта был не только исторический аспект. Вместе со своими европейскими коллегами крымские ученые-генетики создают молекулярные паспорта растений, которые вносят в международную базу данных. Обобщенный массив информации позволяет изучить природное разнообразие полуострова в гораздо более широком контексте. Кроме того, исследование дает возможность выявить потенциально полезные гены, необходимые для селекционеров. Ведь виноград, веками произраставший в этой местности, максимально адаптирован к здешним условиям и может быть носителем ценных признаков. С их помощью можно будет получить новые сорта винограда, адаптированные к крымским реалиям.

В 2015 году крымские ученые получили грант Российского фонда фундаментальных исследований для изучения генетического разнообразия дикорастущего винограда. Последовали три года полевых изысканий в горах Крыма. Задача заключалась в поиске в заповедных районах Крыма настоящего дикого винограда и изучение его разнообразия с помощью современных молекулярных методов. За это время ученые прошли около 400 километров по удаленным лесам Крыма. В горах полуострова растет не только дикий, но и одичавший виноград. Люди жили здесь тысячелетиями, оставляли свои поселения, а с ними и лозы. Их не так-то просто отличить от дикого винограда — Vitis vinifera spp. silvestris Gmel. Как ни фантастически это звучит, но в поисках образцов генетикам пришлось порой переживать приключения в стиле Индианы Джонс.

— Мы нашли места локального произрастания дикого винограда, нашли много образцов, но проблема была в том, что в лесах дикорастущий виноград — это лиана, которая тянется в высоту до 20 метров и цветет наверху, — рассказала «РГ» кандидат биологических наук, заведующая лабораторией молекулярно-генетических исследований института «Магарач» Светлана Гориславец. — Чтобы определить, дикий это виноград или одичавший, необходимо оценить тип цветка (мужской он, женский или обоеполый). А оценить это часто практически невозможно. Мы что только не придумывали: пытались издалека фотографировать цветки с высоким разрешением, залезть как-то повыше, даже удочки шестиметровые делали с крючками на конце, чтобы дотянуться.

Нашли синонимы

Культурный виноград по своей природе в основном гермафродит. Это означает, что у сорта цветок обоеполый, у него есть и тычинки, и пестик. В отличие от него, у дикого винограда есть растения с функционально женским типом цветка и есть — с мужским. Этот так называемый двудомный — дикий виноград ученые описали еще в прошлом веке. А экспедиция «Магарача» собрала около 350 образцов дикорастущего для изучения.

Статья по теме:   ВИБІР ДІЛЯНКИ - виноград

— Первый этап исследований мы закончили, собрали образцы, выделили ДНК, охарактеризовали генетическое разнообразие, а дальше мы продолжаем исследования, — рассказала Светлана Гориславец. — Мы можем строить деревья, дендрограммы, которые оценивают именно генетические соотношения между образцами. Использование молекулярных методов анализа позволяет на новом уровне изучить генетическое многообразие популяции крымского дикого винограда.

Ученые создали молекулярные паспорта крымских аборигенных сортов из ампелографической коллекции, которые сравнили с европейскими базами данных. И выявили несколько так называемых синонимов — сортов с разными названиями, которые на самом деле генетически являются одним растением. Таким оказался аборигенный сорт Зерва имеющий одинаковый молекулярный паспорт с сортом Зейбель. Они оказались не единственными синонимами. Кроме этого, изучение сортов и диких форм по хлоропластным молекулярным маркерам позволило оценивать их происхождение. Ученые, наконец, приблизились к разгадке, каково же происхождение винограда на полуострове в разрезе его многовековой истории.

— Например, мы установили, что 38 процентов местных сортов Крыма имеют хлоротипы, как у итальянских, их, скорее всего, завезли генуэзцы и византийцы, — рассказала Светлана Гориславец. — Еще одна группа, составляющая 30 процентов, имела хлоротип, как у сортов Кавказской группы. Возможно, эти сорта попали в Крым по Великому шелковому пути.

В дальнейшем ученые планируют организовывать новые экспедиции для поиска одичавшего культурного винограда, который до сих пор произрастает в местах древних поселений.

Рина Каменецки, профессор, ведущий научный сотрудник израильского института Вулкани, специализирующаяся на разработках в области сельского хозяйства, в лаборатории Крымского федерального университета примет участие в проекте создания безвирусного посадочного материала.

— Проект направлен на отработку технологической цепи, которая включает получение растительного материала, его диагностику на наличие патогенов, вирусов, фитоплазм, разработку технологий лечения и размножения, — рассказал заведующий лабораторией микроклонального размножения растений Центра опережающего научно-технологического развития КФУ Лавр Крюков.

В рамках проекта ученые будут разрабатывать протоколы размножения растений трех типов жизненных форм: травянистых, кустарников и лиан. В качестве модельных культур выбраны чеснок, ежевика и виноград. Базовой станет биореакторная технология клонального размножения растений.

Игорь Спивак, доцент Исторического факультета КФУ, кандидат исторических наук:

— На территории археологических памятников Крыма, в частности Мангуп-Кале и Эски-Кермен, можно в изобилии встретить заросли винограда. Они там не редкость. Но дикие эти лозы или одичавшие, наверное, могут сказать только специалисты-генетики. В исторических источниках нет упоминаний о том, что догреческое население полуострова возделывало виноград. Есть сведения о том, что скифы и киммерийцы употребляли в пищу кобылье молоко. А вот культуру винограда, употребление вина в их быт привнесли скорее греческие колонисты. Поэтому крайне интересно будет ознакомиться с результатами исследования, проводимого учеными-генетиками. Возможно они откроют новые нюансы в истории Крыма.

Источники:

http://zengarden.in.ua/2011/01/genetics/
http://nplus1.ru/news/2017/10/18/vinifera
http://rg.ru/2019/12/04/reg-ufo/uchenye-v-krymu-zanialis-rasshifrovkoj-dnk-dikogo-vinograda.html

Ссылка на основную публикацию

Adblock
detector