Навидум обична глетка – сочни, црвени плодови од домати што висат од разгранети стебла – крие приказна за еволуцијата, генетските мрежи и потенцијалот за револуција во земјоделството и медицината. Зад едноставната разлика во обликот на стеблото – без разлика дали е право или разгрането – стои комплексна мрежа од гени, мутации и интеракции што конечно се расветлени, благодарение на истражувачите во лабораторијата „Колд Спринг Харбор“, објавува Пхус.орг“ (Phys.org).

Тоа е откритие што ги поврзува не само ботаниката и генетиката, туку и најнапредните технологии на денешницата – CRISPR уредување на гени, анализа на пан-геном и компјутерско моделирање. Тимот предводен од професорот Закари Липман, во соработка со доцентот Дејвид МекКандлиш и израелскиот професор Јувал Ешед, пронајде докази дека промените во разгранувањето на доматот не се должат на обични мутации што го менуваат изгледот на растението, туку на таканаречени криптични мутации – генетски разлики што работат во сенка, тивко и незабележливо, сè додека не се вкрстат со одредени други мутации.

Овие мутации, кои поединечно не предизвикуваат видливи промени, можат, кога се појавуваат во парови или во одредени комбинации, да имаат силно влијание врз тоа колку цветни гроздови ќе развие растението, колку гранки, плодови, па дури и семиња ќе има. Ова значи дека она што некогаш го сметавме за случајни разлики меѓу сортите всушност има прецизно генетско објаснување.

Централниот дел од студијата беше пан-геномот на домат, огромен генетски атлас што ги спојува ДНК-та и на култивирани и на диви видови од родот Solanum од целиот свет. За разлика од традиционалните геноми, кои го мапираат генетскиот состав на еден вид, пан-геномот ги доловува варијациите кај многу поврзани видови – овозможувајќи да се забележат ретки, скриени мутации што не би се виделе во изолиран примерок.

Пан-геномската анализа го насочи тимот на Липман кон природно појавени криптични мутации кои влијаат на разгранувањето на растението. Но, за да ја утврди нивната функција со сигурност, постдокторскиот истражувач Софија Зебел ја користеше CRISPR технологијата за прецизно вметнување дополнителни мутации во целните гени. Тие анализираа 216 растенија домати, секое со повеќе од 35.000 индивидуални цветни гроздови – што го прави еден од најголемите експерименти од ваков вид.

Клучна улога во дешифрирањето на резултатите одигра Карлос Марти-Гомез од тимот на МекКандлиш, кој користеше напредни компјутерски модели за да предвиди како различните комбинации на мутации би влијаеле на бројот на гранки и плодови. Овие модели не само што ги потврдија експерименталните набљудувања, туку им овозможија и на истражувачите да ги мапираат идните генетски интервенции со поголема прецизност од кога било досега.

Од особен интерес во ова истражување се паралозите – гени кои се појавиле преку дупликација за време на еволуцијата. Тие често се „генетски резервни делови“ кои можат да ја преземат функцијата на оштетен оригинал. Но, како што покажува оваа студија, паралогите можат да комуницираат едни со други на начини што го менуваат фенотипот – односно изгледот и функционалноста на растението. Ова значи дека научниците сега не ги гледаат гените изолирано, туку како членови на сложени мрежи во кои интеракциите играат одлучувачка улога.

Што значи сето ова за иднината? Прво на сите, можноста за прецизно подобрување на приносот на растенијата со помош на криптични мутации. Наместо случајно вкрстување или потпирање на традиционални методи на селекција, одгледувачите би можеле генетски да го програмираат растението да развие идеален број гранки, цвеќиња и плодови – со што се зголемува продуктивноста, но и прилагодливоста на различни климатски услови.

Сепак, приказната не запира тука. Како што објаснува МекКандлиш, истиот пристап може да се примени и во медицината. Имено, кога се користи лек што го имитира ефектот на мутацијата, често се јавуваат несакани ефекти. Доколку знаевме како интеракциите помеѓу криптичните мутации го обликуваат одговорот на телото, би било можно да се избере генетскиот пат што има најмалку несакани последици. Затоа, ова истражување може да придонесе и за развој на попрецизни и побезбедни терапии, бидејќи открива како различните патишта во телото реагираат на истиот стимул.

На крајот, три големи научни приказни се собрани во една гранка од домати: како растенијата еволуираат, како гените се надополнуваат едни со други и како знаењето за ова може да се преведе во конкретни решенија – од побогати култури до попаметни лекови. Значи, следниот пат кога ќе го погледнете доматот на вашата маса, знајте дека зад неговото стебло стои цела револуција во тек. Науката, тивка и темелна, ја гледа иднината токму таму.