Перечная мята, один из ключевых ингредиентов в мировой пищевой и парфюмерной промышленности, оставалась генетически неизменной на протяжении более двух веков. Самый распространенный коммерческий сорт – «Блэк Митчем» (Black Mitcham) – размножается исключительно клонированием, что исключает естественное появление новых признаков. Отсутствие генетического разнообразия делает культуру беззащитной перед патогенами, в частности вертициллезным увяданием, и ограничивает возможности повышения урожайности.
Исследователи из Калифорнийского университета в Дейвисе предложили решение этой проблемы, применив метод радиационного мутагенеза. Ученые подвергли черенки мяты воздействию гамма-излучения, что позволило получить более 250 генетически отличных вариантов исходного растения. С помощью полногеномного секвенирования было зафиксировано более 1400 крупномасштабных мутаций. Эти изменения затронули участки ДНК, отвечающие за устойчивость к болезням и синтез ароматических соединений. В некоторых полученных образцах содержание ментола снизилось с типичных 42% до 4%, что подтверждает глубокое влияние генетических сдвигов на биохимический профиль растения.
Особенностью исследования стало выявление химерности полученных мутантов: генетические изменения распределялись по слоям клеток неравномерно. Было установлено, что мутации в эпидермальных стволовых клетках происходят в два раза чаще, чем в тканях, отвечающих за размножение. Подобная структура позволяет растению тестировать адаптивные изменения во внешних слоях, не ставя под угрозу целостность наследственной информации. Для селекционеров это открывает возможность точечного улучшения характеристик – например, повышения сопротивляемости корней болезням без изменения химического состава листьев.
Проект был инициирован по запросу корпорации Mars Inc., заинтересованной в стабильности поставок сырья для кондитерской отрасли. Поскольку сорт «Блэк Митчем» стерилен, радиационное воздействие стало единственным эффективным инструментом его обновления без применения технологий ГМО. Прямое сотрудничество науки и бизнеса позволило оперативно перевести фундаментальные исследования в плоскость практических аграрных решений.
Разработанная методика имеет значение далеко за пределами производства эфирных масел. Аналогичные проблемы генетического застоя характерны для многих экономически важных культур, размножаемых вегетативно, включая картофель, бананы и плодовые деревья. Опыт калифорнийских ученых предоставляет модель для восстановления селекционного потенциала этих растений, что необходимо для обеспечения продовольственной безопасности в условиях меняющегося климата и появления новых биологических угроз.