«Бескислотный» цитрон помог проследить за распространением цитрусовых по Средиземноморью
Исследователи проследили за распространением цитрусовых по их «бескислотному» фенотипу, сообщается в Current Biology. Как выяснили авторы статьи, кислотность плодов цитрусовых связана с геном Noemi. У разновидностей цитрона «руки Будды», которые выращивали в древнем Китае и, цитрона, который выращивали в Восточном Средиземноморье, есть вариант гена, который снижает его активность и уменьшает кислый вкус цитрусовых. Иудеи использовали цитрон во время праздника урожая и вместе с еврейскими общинами это растение, по-видимому, распространилось по всему Средиземноморью.
Предположительно, цитрусовые появились около восьми миллионов лет назад в Юго-Восточной Азии — на территории современной Мьянмы, на юго-западе Китая и на северо-востоке Индии. Культивировать их начали, как минимум, три тысячи лет назад. Несмотря на большое разнообразие видов, генетики выделили четыре изначальных вида, в том числе цитрон (Cítrus médica), которые дали начало другим разновидностям цитрусовых.
Многие цитрусовые вырабатывают антоцианы, пигменты, которые придают окраску цветам, листьям и семенам этих растений, а также связаны с кислым вкусом плодов. Выработка антоцианов связана с активностью гена Ruby, кодирующего один из белков, которые регулируют синтез РНК. Мутации в этом гене приводят к появлению так называемого «бескислотного» фенотипа цитрусовых: уменьшению кислого вкуса плодов и изменению цвета их листьев, семян и цветов.
Генетики из Великобритании, США, Италии и Франции под руководством Кэти Мартин (Cathie Martin) из Центра Джона Иннеса в Норидже изучали синтез антоцианов в цитрусовых, чтобы понять их таксономию и выяснить, как происходило одомашнивание этих растений. Они выяснили, что некоторые разновидности цитрусовых потеряли способность вырабатывать антоцианы, а их плоды стали менее кислыми несмотря на наличие у них гена Ruby «дикого типа», то есть в котором не было мутаций, меняющих его активность. Как оказалось, на выработку антоцианов, помимо гена Ruby влияет ген, который ученые назвали Noemi, функции которого были раньше неизвестны. Он кодирует белок, регулирующий биосинтез антоцианов. Авторы статьи выяснили, что у некоторых разновидностей цитрусовых, обладающих «бескислотным» фенотипом, в том числе у цитрона, сладких лайма и апельсина, в гене Noemi есть мутации, «выключающие» его активность. В том числе, ученые обнаружили мутацию nDEL3` — делецию (отсутствие) участка, кодирующего последние 275 аминокислот белка.
Исследователи выяснили, что мутация nDEL3` возникла довольно давно. Она есть у цитрона пальчатого (Cítrus médica var. sarcodáctylis), «руки Будды», который называют так за характерную форму плодов, и который выращивали в древней Индии и Китае. Кроме того, эта мутация есть у этрога — разновидности цитрона, который в иудейской традиции является одним из символов праздника сбора урожая Суккот и который древние евреи стали использовать в VI веке до нашей эры. Позднее иудейские общины сыграли важную роль в распространении цитрона по всему Средиземноморью. «Кто-то полагает, что это была недавняя мутация, которая возникла на Корсике или где-то в Средиземноморье, но мы обнаружили, что она не новая», — объясняет один из авторов исследования, Эугенио Бутелли из Центра Джона Иннеса. «Это древняя мутация, которая присутствует в пальчатом цитроне, известном как «рука Будды», и [цитроне], который используется при праздновании Суккот».
Ранее израильский археоботаник Дафна Ланггут реконструировала очередность появления в Средиземноморье того или иного вида цитрусовых и пути, по которым они проникли в регион. Первым, вместе с персами, в Палестине появился цитрон, позднее с ним «познакомились» древние римляне. Следующим в Средиземноморье появился лимон, который привезли римляне, а почти на тысячу лет позднее — горькие апельсины, лайм и помело.
Екатерина Русакова
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.