Табачное растение принадлежит к роду Nicotiana , члену семейства Solanaceae (пасленовые), которое включает томат, болгарский перец и картофель. Большинство коммерческих табаков относятся к виду N. tabacum , из которых существует более 1600 разновидностей , иногда классифицируемых как коммерческие типы.
Исследователи из PMI секвенировали геномы трех наиболее культивируемых видов табачных растений, а именно Вирджиния (или высушенный методом дымовой сушки), Берли и Ориентал .
Генетическое дерево, показывающее взаимосвязи между 567 различными сортами табака. Круговой формат позволяет представить множество сортов на одном изображении. Кончики дерева на внешнем крае круга представляют различные сорта. Узлы по направлению к центру представляют общих предков, каждый из которых имеет свой цвет, обозначающий различные типы. Ветви, которые расположены ближе друг к другу, являются наиболее связанными. Щелкните по изображению, чтобы увеличить его.
N. tabacum имеет большой сложный геном, который является аллотетраплоидным, то есть он состоит из четырех наборов хромосом от двух разных видов (в отличие от большинства животных, которые наследуют свои хромосомы от двух родителей одного вида). Действительно , известно, что N. tabacum эволюционировал путем гибридизации двух предковых видов, N. sylvestris и N. tomentosiformis, около 200 000 лет назад. Это делает табак относительно молодым растением с точки зрения эволюции.
Влияние человека на генетику табака
Выращивание табака впервые началось в Америке около 6000 г. до н. э. Прибытие европейцев в 1492 г. привело к значительному росту использования табака, и к 19 веку он стал глобальной индустрией. Со временем растения были выведены для выживания на разных почвах, в разных средах, для сопротивления разным вредителям и хищникам и для использования в разных сельскохозяйственных практиках.
Например, сорта Вирджиния и Берли были выведены в 19 веке в США, в то время как Ориентал — это дивергентный тип, выведенный за 300 лет в изолированных, стрессовых условиях на территории нынешней Греции, Северной Македонии и Турции (табак был завезен в Османскую империю в 16 веке ). Это может объяснить различия в том, как они усваивают азот и другие соединения. В частности, Берли выделяется своей относительно высокой потребностью в азоте.
Исследователи из PMI и другие специалисты подробно изучили, как N. tabacum эволюционировал в плане метаболизма азота и других соединений .
Никотин и другие механизмы защиты растений
Перед тем как купить табак на развес табак, нужно знать, что он синтезирует несколько органических соединений, известных как алкалоиды, включая никотин, для защиты растения от насекомых и других патогенов. Изучая геном N. tabacum на предмет последовательностей, связанных с биосинтезом алкалоидов, наши исследователи обнаружили доказательства того, что экспрессия генов, связанных с биосинтезом никотина, происходит в основном в корнях, где синтезируется большинство алкалоидов.
В то время как никотин защищает от животных-вредителей и многочисленных патогенов, он неэффективен против разрушительного и широко распространенного фитопатогена, известного как вирус табачной мозаики (ВТМ), который вызывает пятнистость листьев, задержку роста и снижение урожайности, что приводит к серьезным экономическим последствиям.
TMV был первым вирусом, когда-либо обнаруженным, когда Мартинус Бейеринк предположил в 1898 году существование инфекционного агента, который не был ни бактерией, ни токсином. С тех пор он занимает центральное место в изучении вирусологии — растений, животных и, в частности, человека. Розалинд Франклин, наиболее известная своей работой о структуре ДНК, опубликовала структуру TMV в 1955 году, и в настоящее время этот вирус используется молекулярными биологами для доставки генетического материала в растительные клетки.
В 1930-х годах селекционеры табака победили TMV , внедрив ген из устойчивого вида Nicotiana , N. glutinosa , в геном Burley посредством гибридизации. В наши дни многие коммерческие сорта табака Burley и Virginia несут этот ген устойчивости.
Nicotiana как модельное растение
N. tabacum играет важную роль в качестве модельного организма в исследованиях растений. Он использовался в 19 веке для понимания гибридизации растений, а с 20 века — для изучения фундаментальной биологии растений. Тем не менее, до 10 лет назад были доступны только фрагментированные геномные последовательности, пока мы не опубликовали высококачественные черновики геномов для трех основных сортов табака: Burley (TN90), Virginia (K326) и Oriental (BX). В 2024 году мы опубликовали сборки геномов на уровне хромосом N. tabacum и его предшественников, N. sylvestris и N. tomentosiformis , что расширит наше понимание их вклада в генетику табака и позволит более эффективно проводить межвидовые исследования Solanaceae на основе синтении .
Nicotiana также используется в исследованиях для изучения уязвимости коммерчески важных культур семейства пасленовых к различным заболеваниям, включая TMV, вирус пятнистости жилок табака (TVMV), вирус гравировки табака (TEV) и вирус картофеля Y (PVY). Растение табака Берли было выведено с целью сопротивления всем этим инфекциям.
Сокращение содержания вредных соединений в табаке
Мы регулярно отслеживаем вредные и потенциально вредные компоненты в табаке. Например, алкалоиды в растениях табака связаны с образованием вредных нитрозаминов, специфичных для табака (TSNAs). Мы много работали над поиском способов снижения уровня TSNAs и других вредных соединений в табаке.
Без сомнения, лучший способ снизить риск заболеваний, связанных с курением, — это никогда не начинать, а для тех, кто курит, вообще отказаться от табака и никотина. Со своей стороны, мы постоянно работаем над способами дальнейшего улучшения наших бездымных продуктов, предназначенных для тех взрослых курильщиков, которые не бросают. В этих усилиях исследования табачного растения также могут сыграть важную роль.
Будущее табака
С нашим фокусом на ускорении устаревания горючего табака будущее табака явно меняется. Исследования генетики табачного растения помогают нам в наших усилиях по снижению вреда от табака, а также создают новые возможности в биологии растений. Сырье, используемое в наших продуктах, зависит от плодородной почвы, стабильных климатических условий и доступа к воде. Как бизнес с сельскохозяйственной цепочкой поставок, для нас крайне важно предпринять необходимые шаги для защиты и сохранения экосистем, в которых мы работаем.
Наша цепочка поставок табака, сушка листьев, использование удобрений и механизация — все это увеличивает наш углеродный след. Мы неустанно работаем над достижением абсолютного сокращения выбросов углерода в нашей цепочке поставок табака на 35 процентов к 2025 году и на 50 процентов к 2030 году по сравнению с нашим базовым показателем 2019 года. Чтобы достичь этих целей, мы стремимся декарбонизировать процесс сушки табака, одновременно реализуя дополнительные инициативы по сокращению, ориентированные на использование удобрений и механизацию.
