Будущее — за фиолетовыми помидорами

Рис.1. Фиолетовые помидоры Del/Ros1 отличаются повышенным содержанием антоцианов. Длина масштабной линейки 2 см. Рисунок из статьи Butelli et al. в Nature Biotechnology

Жители больших городов лишены возможности приготовить салатик из помидоров с собственной грядки и вынуждены идти за ними в супермаркет. Не исключено, что в скором времени вместо привычных красных помидоров их будут поджидать там синие или фиолетовые. Группа ученых, которая создала сорт полезных помидоров, обогащенных антоцианами (именно они придают цветам и плодам все оттенки синего) в своей новой статье показала, что такие томаты вдвое дольше хранятся и устойчивы к вредителям.

Несколько лет назад международная группа исследователей опубликовала статью, в которой описывалось создание сорта томатов, обогащенного пигментами антоцианами. Эти пигменты окрашивают цветки и другие части растений в яркие цвета — голубой, фиолетовый, розовый (подробней про антоцианы можно прочитать в статье «Антоцианы: секреты цвета» («Химия и жизнь» №1, 2013). Плоды нового сорта томатов имеют насыщенный фиолетовый цвет (рис. 1). Растениям это нужно, чтобы привлекать опылителей и распространителей семян — а зачем ученым понадобилось делать фиолетовыми помидоры?

Дело в том, что антоцианы полезны. В ряде исследований было показано, что присутствие в диете продуктов, богатых этими пигментами, снижает вероятность развития некоторых типов рака, сердечно-сосудистых заболеваний, старческого слабоумия и так далее. Протекторный эффект, по всей видимости, обеспечивается антиоксидантными (см. также Antioxidant) свойствами антоцианов, то есть способностью предотвращать окисление внутриклеточных компонентов активными формами кислорода.

Конечно, антоцианы можно получать и из обычных овощей и фруктов, однако по данным Национального института рака США только 20% населения Америки съедает необходимое количество плодов. Таким образом, целью ученых было создание сорта помидоров, употребление в пищу которых могло бы сделать людей более здоровыми. Так как помидоры антоцианов производят очень мало, в их геном встроили два гена львиного зева, кодирующих регуляторные белки Del и Ros1, которые в итоге обеспечили высокую продукцию антоцианов. Полезность нового сорта была подтверждена экспериментально: мыши, подверженные развитию рака, жили дольше, если их кормили фиолетовыми помидорами вместо обычных.

Выращивая такие плоды, исследователи заметили, что фиолетовые помидоры хранятся вдвое дольше обычных красных. Изучению этого «феномена» посвящена их новая статья, опубликованная в журнале Current Biology. Пожалуй, обычные помидоры никто никогда не подвергал столь тщательной проверке.

Для начала авторы отметили, что их помидоры (Del/Ros1), кроме цвета, ничем не отличаются от помидоров дикого типа — они такого же размера и имеют такое же количество семян. При помощи ряда физических методов вроде инфракрасной спектроскопии были измерены толщина и состав кожицы помидоров  — у фиолетовых и у красных они оказались одинаковыми. Продукция этилена, который выделяется спелыми плодами и способствует созреванию неспелых, у Del/Ros1-помидоров оказалась даже выше, чем у красных. Сравнение экспрессии генов у фиолетовых и красных помидоров показало, что у первых повышена экспрессия генов, отвечающих за ответ на окислительный стресс и устойчивость к патогенам, и понижена — генов, кодирующих ферменты, участвующие в размягчении кожицы при созревании, в частности полигалактуроназы и бета-галактозидазы.

По результатам этих экспериментов авторы предположили, что фиолетовые помидоры отличаются повышенной способностью противостоять свободным радикалам (активным формам кислорода), продукция которых повышается при созревании и способствует разрушению тканей. Это предположение было подтверждено измерением малондиальдегида — индикатора повреждения тканей при окислительном стрессе. В обычных помидорах его содержание увеличивалось при созревании, а в Del/Ros1 — нет. Собственно, это неудивительно, учитывая, что антоцианы являются антиоксидантами.

Параллельно помидоры были подвергнуты серии экспериментов, которые призваны были объяснить устойчивость Del/Ros1-сорта к грибку Botrytis cinerea, известному как серая гниль, — врагу спелых овощей и фруктов. Снова главная роль в этом была отведена антиоксидантным свойствам антоцианов. Выращивание грибка на агаре с помидорным соком показало, что самих по себе антоцианов грибок не боится, однако именно повышенное их содержание в плоде определяет его устойчивость. При заражении грибком в мягких тканях происходит «окислительный взрыв», сопровождающийся их разрушением. Высокая противоокислительная способность фиолетовых помидоров способствует локализации этого «взрыва» и сдерживает распространение грибка.

Рис. 2. Антоцианы в фиолетовых помидорах предотвращают размягчение плодов в результате перезревания и повышают устойчивость к серой гнили (Botrytis cinerea). Графический абстракт к обсуждаемой статье в Current Biology

Для того чтобы подтвердить определяющую роль антоцианов в продлении срока годности помидоров, авторы избирательно выключили главный ген в биосинтезе антоцианов из флавонолов — дигидрофлавонол-4-редуктазу (изящность эксперимента в том, что «контролем» и «опытом» были секторы одного и того же плода; рис. 3). Секторы помидора с выключенным ферментом быстрее портились и были гораздо чувствительнее к заражению грибком.

Рис. 3. Вирус-индуцированное выключение гена SIDFR, кодирующего ключевой фермент в биосинтезе антоцианов — дигидрофлавонол-4-редуктазу. В результате в одном и том же помидоре некоторые области производят антоцианы (темные), а некоторые — нет (красные). Красные области с выключенным ферментом подвержены заражению серой гнилью (слева). Длина масштабной линейки 2 см. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology

Итак, всесторонне изучив фиолетовые помидоры, авторы статьи сделали вывод, что антоцианы не только повышают полезность помидора — такие плоды дольше хранятся и не плесневеют. Более того, они показали, что потребителю, кроме повышенного содержания пигментов, никаких сюрпризов ждать не приходится: в остальном эти помидоры совершенно обыкновенные. Жаль только, что про вкусовые качества фиолетовых помидоров в статье ничего не сказано. Впрочем, почему магазинные помидоры невкусные, ученые уже выяснили (см.: Генетики выяснили, почему помидоры стали невкусными, «Элементы», 04.07.2012 и Куда исчезли вкусные помидоры, «Троицкий вариант» №122 за 12.02.2013), а вкусовые качества фиолетовой кукурузы, например, оказались на высоте (см.: О том, как получали и изучали фиолетовый попкорн, «Биомолекула», 31.03.2013). Так что новый сорт наверняка не только полезный, но и вкусный.

Источник: Yang Zhang, Eugenio Butelli, Rosalba De Stefano, Henk-jan Schoonbeek, Andreas Magusin, Chiara Pagliarani, Nikolaus Wellner, Lionel Hill, Diego Orzaez, Antonio Granell, Jonathan D. G. Jones, Cathie Martin. Anthocyanins Double the Shelf Life of Tomatoes by Delaying Overripening and Reducing Susceptibility to Gray Mold // Current Biology. 23 May 2013. Doi: 10.1016/j.cub.2013.04.072.

См. также:
Eugenio Butelli, Lucilla Titta, Marco Giorgio, Hans-Peter Mock, Andrea Matros, Silke Peterek, Elio G. W. M. Schijlen, Robert D. Hall, Arnaud G. Bovy, Jie Luo, Cathie Martin. Enrichment of tomato fruit with health-promoting anthocyanins by expression of select transcription factors // Nature Biotechnology. 2008. V. 26. P. 1301–1308. Doi: 10.1038/nbt.1506.

Дарья Спасская