CRISPR помог «заново одомашнить» помидоры
Генные инженеры последовательно выключили у дикого предка культурного томата шесть генетических локусов и получили растения с ценными коммерческими свойствами, которые не уступают современным сортам. К примеру, по сравнению с модельным сортом черри Микро-Том, содержание ликопина в «заново одомашненных» помидорах выросло на 500 процентов. Работа опубликована в Nature Biotechnology.
Ежегодно в мире потребляется около ста миллионов тонн помидоров. Культивируемый сегодня томат Solanum lycopersicum произошел от дикого предка Solanum pimpinellifolium, плоды которого были размером с горошину. В процессе селекции томаты приобрели множество полезных свойств, но при этом утратили генетическое разнообразие, которое делало их диких предков устойчивыми к неблагоприятным условиям. Биоинженеры предположили, что направленное конструирование нужных свойств на базе дикого помидора поможет получить сорта, которые будут отличаться как размером и питательными свойствами плодов, так и стрессоустойчивостью.
Бразильские ученые из федерального университета Висозы в сотрудничестве с коллегами из США и Германии ранее идентифицировали у культурных томатов как минимум шесть генетических локусов, инактивация которых в результате случайных мутаций внесла основной вклад в сельскохозяйственную значимость этой культуры. Так, они показали, что за рост растений в высоту отвечает локус SELF-PRUNING (SP), за круглую форму и мелкий размер плодов — локусы OVATE (O), FASCIATED (FAS) и FRUIT WEIGHT 2.2 (FW2.2), за число плодов отвечает локус MULTIFLORA (MULT), и за содержание в помидорах ликопина, которым в том числе обусловлена их пищевая ценность, — локус LYCOPENE BETA CYCLASE (CycB). Ликопин — красный каротиноидный пигмент, которым обусловлена окраска плодов томатов, — обладает антиоксидантным действием, используется как биологическая добавка к пище, а также в качестве красителя.
Чтобы получить из диких помидоров культурные, исследователи при помощи системы CRISPR-Cas9 последовательно в три стадии «сломали» указанные локусы. CRISPR-Cas9 идеально подходит для выключения генов, так как репарация разреза в ДНК, который вносит белок Cas9, чаще всего приводит к внесению небольших делеций или инсерций и сдвигу рамки считывания гена.
В первом раунде исследователям удалось выключить локусы SP и OVATE, в результате чего они получили невысокие растения с овальными плодами. Овальные плоды больше ценятся производителями, чем круглые, так как они прочнее и не растрескиваются, а с невысоких растений проще собирать урожай. Во втором раунде CRISPR-мутагенеза в полученные растения внесли мутацию, выключающие локус MULT, что привело к значительному увеличению количества цветков на побеге. Снижение экспрессии локуса FAS путем внесения мутации в ген CLV3 привело к увеличению размера плодов на 200 процентов.
На третьем этапе инженерии томатов ученые сломали в полученных растениях ген CycB, продукт которого расщепляет ценный ликопин до менее ценного бета-каротина. Мутация привела к удвоению в плодах количества ликопина. Содержание ликопина в полученных плодах превысило концентрацию ликопина в плодах коммерческого сорта помидоров черри Микро-Том на 500 процентов (92 и 510 мкг/кг соответственно). Таким образом, авторы работы в очередной раз продемонстрировали, что направленная инженерия при помощи CRISPR-Cas9, в отличие от селекции, быстро позволяет получать у растений желаемые качества.
Ранее ученые показали, что ликопин
клетки от действия ионизирующего излучения. Кроме того, оказалось, что у людей, которые едят много помидоров,
наступает возрастное ухудшение функций легких. А генные инженеры при помощи CRISPR уже
помидоры, лишенные семян и способные к вегетативному размножению.
Они нам кажутся почти в два раза легче своего реально веса
Исследователи из Великобритании предложили людям сравнить вес их собственных ладоней и грузов, подвешенных к рукам, чтобы выяснить, насколько верно люди оценивают массу своего тела и его частей. Проведенные эксперименты показали, что испытуемые сильно занижают вес собственных кистей — в одном из экспериментов он оказался на 49,4 процента ниже, чем реальный. Результаты опубликованы в Current Biology. Когда мы берем какой-то предмет, его ощущаемый вес связан с чувством усилия — величиной двигательных команд, которые направляются мышцам. За восприятие веса самого нашего тела и его частей тоже отвечает центральная нервная система, но нет конкретных сенсорных рецепторов, которые были бы в этом задействованы. Воспринимаемый вес тела может меняться из-за усталости, анестезии и других факторов. Пациенты, перенесшие инсульт с параличом конечности, часто жалуются на то, что конечность стала тяжелее. Протезы тоже кажутся людям более тяжелыми, хотя часто весят меньше реальной руки или ноги. Элиза Ферре (Elisa R. Ferrè) из Лондонского университета и ее коллеги решили выяснить, как люди воспринимают вес собственной кисти. В трех экспериментах участвовали 60 человек. До начала испытаний каждый участник опускал кисть левой руки, опирающейся на предплечье, на 30 секунд, чтобы оценить ее вес. Затем к уже лежащей на подушке руке крепили браслет, на который подвешивали грузы разной массы. Участники должны были сказать, что ощущалось тяжелее — кисть или груз. Грузом выступали пакетики с рисом, всего их было 16 штук, а их масса составляла от 100 до 600 грамм. В экспериментах ученые использовали психофизическую лестницу. Среднюю массу кисти, согласно ранее проведенным исследованиям, ученые взяли за 400 грамм. Первый подвешенный груз отличался на 200 грамм, то есть его масса составляла 200 либо 600 грамм — в зависимости от того, была лестница нисходящей или восходящей. Массу следующего груза выбирал алгоритм: если участник считал, что груз тяжелее ладони, следующий подвешенный груз был легче, и наоборот. Так спустя какое-то количество испытаний масса грузов начинала колебаться вокруг некоторой цифры — предполагаемой (участником) массы кисти. В первом эксперименте 20 участников просто сравнивали вес кисти и вес груза. Всего с ними провели три блока по 20 испытаний. В конце эксперимента ученые измерили реальную массу кистей участников, посчитав объем вытесненной рукой воды. Средняя масса кисти составила 327,9 грамм. Участникам, однако, казалось, что их кисть весит гораздо меньше: средний ощущаемый вес кисти оказался в среднем на 49,4 процента ниже, чем реальный, — то есть кисть, по мнению испытуемых, весила менее 200 грамм (p < 0,0001). Во втором эксперименте участвовало еще 20 человек. Теперь после серии испытаний ученые попросили людей в течение десяти минут делать упражнения с ручным тренажером, чтобы их кисть устала. Усталость люди оценивали по стобалльной шкале; до начала испытаний она составляла в среднем 10 баллов, а после упражнений — 70. И до, и после упражнений участники воспринимали свои ладони более легкими, чем есть на самом деле. Однако уставшая рука казалась им немного тяжелее, и ощущаемый вес был уже на 28,8 процента ниже реального (p < 0,01), по сравнению с 43,9 процента до упражнений (p < 0,0001). В третьем эксперименте другие 20 участников пытались взвесить свою руку и мешочки с рисом, однако теперь в каждом испытании они чувствовали поочередно и вес кисти, и вес груза. Независимо от того, что они взвешивали первым, рука все равно казалось им легче, чем она есть на самом деле — в среднем на 33,4 процента (p < 0,001) Исследователи предположили, что такое искажение восприятия, возможно, помогает нам сравнивать массы двух предметов, которые мы берем в обе руки. Если один предмет весит 400 грамм, а другой 500, и к ним добавляется еще и масса самих рук (около 3 килограмм), то распознать, что тяжелее, а что легче, будет сложно. Таким образом, перцептивное «вычитание» веса собственных конечностей может улучшить восприятие веса самих предметов. Также авторы считают, что занижение ощущаемого веса тела — механизм, который помогает нервной системе модулировать активность, или, наоборот, отдых. А воспринимаемый вес предметов можно изменить в виртуальной реальности. Например, если предмет движется медленнее, чем рука, он будет казаться немного тяжелее. А еще более тяжелыми виртуальные объекты станут, если надеть на запястья вибрирующие ремешки.