5.3. Что не так с искусственным отбором. Поломанные помидоры и путешествия во времени

Начнем мы с самого традиционного, самого древнего способа улучшения организмов – искусственного отбора. Для некоторых привычных нам ныне фруктов, овощей, злаков путь селекции кажется достаточно простым: несложно представить, как далекие наши предки заметили и посадили поближе к своему дому росток ранетки. Другие пути кажутся менее очевидными: намного сложнее вообразить, как хилая травка теосинте привлекла внимание древнего человека, чтобы стать однажды сочной кукурузой на нашем столе. На третьи же у меня и вовсе не хватит фантазии: путь миндального дерева из дикого и ядовитого к изысканной начинке для конфет. Но обо всем этом есть отдельная литература[226]. Поэтому я просто… расскажу здесь сказку.

Жили-были старик со старухою. И детей у них… было много. Да еще и внуки. В чем, собственно, и состояла проблема: всю эту ораву надо было кормить. Поэтому были у них и огород, и поле, и работа в скрюченных над грядками позах от первых петухов до укоризненного взгляда лунного блина на все это вопиющее безобразие[227].

Погодите, вы думали, что эта сказка о крестьянской семье? Ну что вы! Эта сказка о помидорке, ее подругах по грядке и их старинном помидорочьем роде, корнями уходящем (в прямом смысле корнями) еще на грядки ацтеков. Срывал их крестьянин на обед, оплакивали ушедших в последний путь их родственники. И так из года в год. В те времена с участка крестьянин мог прокормить лишь свою семью да отдать различные подати-налоги. Но год за годом, из поколения в поколение, отбирали фермеры лучших из лучших из помидорьего племени и оставляли на семена. (Хотя наверняка уж самые лучшие отправлялись правителю на стол или богам в жертву. А вот вторым лучшим предстояло продолжать род помидорий. Но сути нашей сказки это не меняет.)

Шли годы, и каждую следующую осень новое поколение помидорок становилось все лучше, крупнее, сочнее. Все больше было румяных и лоснящихся плодов на одном фамильном кусте[228]. Так настали времена, когда после сбора урожая и приготовления запасов на зиму у фермера оставалось еще и то, чем можно было бы торговать. Да не просто с соседями, а с тридевятыми царствами да тридесятыми государствами.

И вот тут резонно и остро встали вопросы: как доставить урожай целым, чтобы не сгнил и не побился по дороге? Как показать, что покупать нужно именно твой товар, а не соседа?

Вы ведь помните, как взрослеет обычная тепличная помидорка? Сначала краснеет у нее одна щечка, потом начинают золотиться бока, а когда очередь заливаться краской до хвостика доберется, уж верхняя часть трещинами покрылась. Ну как такое безобразие везти за моря да еще и кому-то пытаться продать? Да и выглядит такой процесс созревания не очень-то «товарно». А уже через пару часов тряски на обычной телеге весь урожай помидоров превратится в неаппетитную, грязную и испорченную томатную пасту. Да, есть такие помидорки прямо с грядки – это наслаждение. А вот попытки продать их хотя бы в соседнем городе – мука.

Так у селекционеров появилась новая задача: создать сорта для продажи, которые отбирать надо не на вкус и сладость, а на лежкость и равномерное, красивое созревание по всему плоду. И ведь они решили ее еще в XX веке.

Но вот беда: вместе с этим стали помидорки-путешественницы совсем невкусными. Как же так получилось? А этого селекционеры не знали. Ведь они отбирали только по определенному признаку, а значит, и по определенным вариантам генов, которые кодируют этот признак. Вот только в генетике все сложнее, и большинство признаков в организме завязано не на одном гене, а на их сложном и слаженном ансамбле. Таким образом отбор по одному признаку может стать по сути отбором по группе генов. А еще бывает, что отбор шел по одному конкретному гену, но сам ген отвечал за несколько различных признаков. И что именно пошло не так в случае с помидорами?

Относительно недавно генетики смогли найти ответ на эту загадку. Дело оказалось в том, что в плодах популярных селекционных помидоров работал испорченный белок GOLDEN 2-LIKE (GLK2). В геноме помидорок есть два гена – GLK1 и GLK2 – первый братец-ген преимущественно экспрессируется (читается) в листьях растений, а в его плодах работает в основном GLK2. В растительной клетке эти ребята нужны для развития пластид, которые участвуют в фотосинтезе – превращении воды, углекислого газа и солнечного света в органические вещества, которые нужны растению для жизни (побочным эффектом фотосинтеза является выделение в атмосферу кислорода). А вот за то, чтобы эти гены точно и вовремя «выходили на работу», то есть за их регуляцию, отвечает этот самый белок GLK2.

На вкус и созревание плодов влияет запасание сахаров и вторичных метаболитов в пластидах плода (напомним, что GLK2 влияет на формирование пластид). Когда ген GLK2 экспрессируется в плоде в норме, наблюдается green shoulder phenotype – томат с зеленой верхушкой. При появлении мутации glk2, закрепившейся при доместикации, плоды краснеют равномерно, зеленой верхушки не остается. Но из-за нарушения работы GLK2 нарушается формирование пластид и, как следствие, запасание в них питательных веществ. Мы увидим это через равномерную бледно-зеленую окраску его плодов, которая все так же равномерно по всей поверхности будет со временем краснеть[229]. Выглядит это, конечно, довольно красиво. Даже слишком красиво. А ведь именно этого и добивались селекцией. Вот только не учли, что все из-за того же пониженного уровня фотосинтеза в плодах образуется и меньше растворимых сахаров. То есть помидоры становятся менее сладкими. Теми самыми «пластиковыми» помидорами, в создании которых, кажется, обвиняют генных инженеров с момента появления этой сферы. Но как раз они-то тут совсем и ни при чем!

Пример помидорки наглядно иллюстрирует, что искусственный отбор – это вполне рабочая методика селекции. Но, к сожалению, не лишенная своих недостатков. В попытках получить что-то отвечающее критериям идеальности, которые установил себе селекционер, можно не заметить, что выбранная дорожка привела куда-то не туда. К счастью, сегодня у нас есть современные генетика и биоинформатика, чтобы вовремя отслеживать и не допускать больше таких промашек. Еще к началу XX века методами искусственного отбора человечество получило много важных сортов растений и пород животных. И стоит ли нам останавливаться на этом?

5.4. Ремонтируем помидоры и ломаем маркетинг

Вы не против еще ненадолго задержаться на истории помидорки? Обещаю, что совсем скоро мы вернемся к разговору