Miként öltötte fel mai alakját a paradicsom?

Ősei egykor borsószemnyi dél-amerikai bogyók voltak, a növénynemesítők sok évszázadnyi munkájának köszönhetően mára színben, méretben és formában is szinte végtelen sokféleségnek örvend ez a közkedvelt zöldség.

Ha Gombóc Artúr csokoládé helyett paradicsomrajongó lett volna, a kedvenceit számba vevő csokoládéfelsorolása ma már ugyanúgy megállná a helyét a paradicsomokra is: piros paradicsom, sárga paradicsom, gömbölyű paradicsom, apró paradicsom, csíkos paradicsom, lugasparadicsom, zöld paradicsom, fekete paradicsom, hosszúkás paradicsom, ökörszív paradicsom, salátaparadicsom, datolyaparadicsom, befőző paradicsom, körteparadicsom… Milyen genetikai változások vezettek el ehhez a sokféleséghez? A Howard Hughes Orvosi Intézet számolt be egy új kutatásról, amelyben az intézet növénygenetikusa, Zachary Lippmann és csapata, egy nagy nemzetközi kutatógárdával a paradicsom mai tulajdonságait meghatározó genetikai változatokat tárta fel. A vizsgálat a legnagyobb és legátfogóbb elemzés, amelyet genetikai növényvariációk terén valaha végeztek, és segítséget adhat mind a paradicsom, mind más növények további javításához.

Lippman és kollégái számtalan, eddig rejtett mutációt azonosítottak a galápagosi vad paradicsomtól kezdve a ketchuphoz, paradicsomszószhoz termesztett fajtákig több mint 100 megvizsgált paradicsomfajta körében. A feltárt génvariánsokat a Cell tudományos folyóiratban ismertették a kutatók, és ezek ismeretében a meglévő fajtákat lehet tovább nemesíteni, vagy épp újakat létrehozni. A paradicsomfajtákat viszonylag egyszerű keresztezni, így akár „házilag” is létrehozhat a kísérletező kedvű ember új hibrideket, ám ezekből nem biztos, hogy olyan tulajdonságúak születnek, mint amelyeket szeretnénk. A génváltozatok ismeretében viszont ki lehet választani azokat, amelyekből már a kívánt irány felé haladva lehet tovább hibridizálni a fajtákat. A kutatócsoport most olyan géneket azonosított, amelyek a paradicsomok alapvető tulajdonságait, pl. tömegét, ízét befolyásolják. Bár ezek jelenlétét korábban is sejtették, ahogy Lippman mondta: „egészen eddig nem voltak megfelelő eszközeink az azonosításukra és a hatásuk vizsgálatára.”
A DNS mutációi meghatározzák a növény fizikai tulajdonságait, és a vizsgálatok során legtöbbször azokat a mutációkat keresik, amelyekben egészen könnyen követhető változás zajlik csak a DNS-t alkotó nukleinsavak körében, például egyetlen adott nukleinsavat egy másik vált fel. Lippman és csapata ennél sokkal nagyobb léptékű változásokat keresett, olyanokat, amelyek során a DNS szerkezetében jelentős különbségek adódnak, például egyes részek megkétszerezése, kiiktatása, vagy hosszabb szakaszok áthelyezése a genom más részére. Az ilyen változásokat strukturális, vagyis szerkezeti változásoknak nevezik, s ezek az egész élővilágban elterjedtek, az ember esetében egyes betegségek is köthetőek hozzájuk. A DNS betűsorrendjének kiolvasása, szekvenálás során azonban nem lehet egyszerre hosszú szakaszokat felderíteni, a technológia korlátai miatt, épp ezért a hasonló, nagyobb léptékű strukturális variációk felismerése is nehézkes. Sejthető volt azonban, hogy a paradicsom komplex tulajdonságaiért ilyen szerkezeti mutációk lehetnek jórészt felelősek, mondta Michael Purugganan, a New York Egyetem rizzsel és datolyával foglalkozó növénygenetikus kutatója, aki a mostani vizsgálatban nem vett részt. „Emiatt is izgalmas annyira Lippmanék tanulmánya, nemcsak rátaláltak ezekre a mutációkra, hanem azt is feltárták, hogy miként működnek a növényekben.”
A kutatók több mint 200 ezer strukturális mutációra bukkantak rá a paradicsomokban az úgynevezett hosszú-read szekvenálás technológiája segítségével, amelynek lényegéről Lippman azt mondta, olyan, mintha egy panorámaablakon át néznénk a DNS hosszú szakaszaira, szemben a hagyományos szekvenálással, ahol csak egy kukucskálón át látunk rá a genom részeire.
A legtöbb azonosított változás nem kódol semmilyen tulajdonságot, hanem, úgy tűnik, azokat a mechanizmusokat befolyásolja, amelyek a gének kifejeződésében, vagyis aktivitásában nyilvánulnak meg. Az egyik ilyen szerkezeti mutációról kiderült, hogy a termés méretét befolyásolja: amely növényből hiányzik, az nem érlel termést, amelynek pedig háromszor is jelen van a genomjában, az 30 százalékkal nagyobbat hoz, mint amelyiknek csak egy másolata van ebből a szakaszból. Lippmanék arra is rádöbbentek, hogy a mai, modern paradicsomok igen fontos érési tulajdonságának kialakulásához négy nagy szerkezeti mutációra is szükség volt. „Egyre közelebb kerülünk a mezőgazdaság azon kívánságának teljesítéséhez, hogy kimondottan az adott tulajdonságra tudjunk növényeket nemesíteni azzal, hogy ismerjük egy-egy gén megváltoztatásának következményeit.” Ezzel pedig a növénynemesítés eredménye megjósolható lesz.