Мнозина сигурно си задават въпроса защо доматите в супермаркетите са толкова безвкусни? И вярно ли е, че преди са били по-вкусни? Отговорът е повече от очевиден - вярно е. И вината за това е на науката. Но тя също така може да поправи нещата.

През ноември 2024 г. изследователи от Института по селскостопанска геномика в китайския град Шънджън откриха лесен начин за подобряване на вкуса на доматите - мутация, която „сваля спирачките“ на ензима, отговорен за синтеза на захари в плодовете. В резултат на това вкусът значително се подобрява. Чрез въвеждането на тази мутация в генома може да се усъвършенстват почти всички сортове домати, като това не изисква сложни технологии — дори студент по биология би се справил с подобна задача.

Важното е и че добивът не се понижава, а подобряването на вкуса не изисква от производителите никакви жертви. Но дали новите домати ще се появят по рафтовете на магазините в близко бъдеще, остава под въпрос. Досега нито едно генетично модифицирано растение, променено с цел подобряване на качеството, не е успяло да достигне до масовия потребител. Всички подобни сортове, отглеждани в значителни количества, улесняват производството, но не подобряват вкусовите характеристики — въпреки десетилетия на опити.

В Китай обаче отношението към генно-модифицираните растения е различно от това на Запад и не е изключено това най-накрая да помогне за промяна на ГМО индустрията.

Оплакванията, че вкусът на съвременните домати „вече не е същият като преди“, много приличат на типична когнитивна грешка, която ни кара да приписваме по-добри качества на миналото. В случая с доматите обаче, колкото и странно да звучи, това твърдение се потвърждава от множество експерименти.

Най-голямото от тези изследвания е проведено през 2014–2015 г., а резултатите му бяха публикувани в научното списание Science през 2017 г. Учените, включително авторите на новото изследване за „подобряващи мутации“, сравниха химическия състав на 398 сорта съвременни домати, запазени до днес „семейни сортове“, както и техни близки родственици.

Това мащабно изследване имаше три основни резултата.

1. Установена беше „формулата на вкуса“ на доматите. За целта учените проведоха подробен химически анализ на различни сортове, като изследваха както разтворимите вещества в плодовете, така и летливите съединения, определящи техния аромат. Обективните показатели от анализа бяха съпоставени със субективните оценки на обикновени любители на домати, получени чрез слепи тестове. Така беше съставен „шортлист“ от 28 основни съединения, които в най-голяма степен отговарят за вкуса и аромата на доматите и отличават вкусните сортове от безвкусните. На челните места в класацията се оказаха най-простите вещества, отговорни за сладостта: глюкоза и фруктоза. Те оказват най-силно положително влияние върху общия вкус и повишават субективната оценка на повечето хора. Освен захари, в шортлиста имаше и много летливи алдехиди и кетони — съединения, чиито названия (като геранилацетон и 6-метил-5-хептен-2-он) не говорят много на обикновения човек, но без тях е невъзможно да си представим уникалния аромат на доматите.
2. Съвременните сортове за масово производство заемат последните места в рейтинга.
   След като „формулата на вкуса“ получи обективно изражение, бързо стана ясно, че съвременните сортове, които доминират в масовото производство, са на дъното на класацията. Те изостават както по субективни показатели (оценка на вкуса), така и по обективни, като съдържанието на разтворими хранителни вещества в плода. Масовите сортове се оказаха обективно безвкусни и воднисти — нещо, което много купувачи могат да потвърдят и без химически анализи. Това е доста разочароващ резултат за селекционерите, защото показва, че колкото повече усилия са вложени в разработването на сорта, толкова по-лош се оказва резултатът — поне що се отнася до вкуса.

3. Високите позиции в класацията заемат малко известни и често дори безименни местни сортове от Перу, които очевидно не са били засегнати от усилията на съвременните агрономи. Забавно е, че най-вкусни сред доматите се оказват не точно домати, а представители на сроден, но различен вид — растението Solanum pimpinellifolium, известно също като бедренолистен картоф (смородиновиден домат). То има значително по-дребни плодове (по-малки дори от чери домати), които на външен вид наистина наподобяват червеното френско грозде. Днес „смородиновидният домат“ се отглежда от множество ентусиасти, но култивираните му варианти не се различават много от дивите, така че Solanum pimpinellifolium обикновено се смята за диво, а не за култивирано растение.

Накрая, след като проучили не само химическия състав и вкуса на съвременните домати, но и техния геном, учените разкрили основната причина за този епичен провал на селекцията. Тя се оказала съвсем проста:

селекционерите очевидно изобщо не обръщат внимание на вкуса.

Според измененията в генома основните цели на работата им били по-„осезаеми“ и обективно измерими подобрения: увеличаване на добива, размера на плодовете, ранното узряване, удобството за транспорт и т.н. Никой целенасочено не се е стремял да направи доматите безвкусни — това се случило от самосебе си, в резултат на селекцията, а не случайно.

Как се е стигнало до това, добре илюстрира по-ранно изследване, посветено на един специфичен отличителен белег на съвременните домати — равномерното и синхронно узряване на плодовете.

Тези, които са отглеждали стари, по-диви сортове, знаят, че обикновено плодовете на доматите узряват много неравномерно. На един и същ грозд на едно растение може да има както узрели, така и неузрели плодове. Дори един плод често узрява неравномерно: откъм дръжката може да е още твърд и зелен, а в противоположния край вече да се напуква и разпръсква семена. Подобна особеност, разбира се, е изключително неудобна за прибиране на реколтата и транспортиране, затова селекционерите се постарали да премахнат този проблем в много от съвременните сортове. В резултат узряването на доматите станало равномерно, а всички плодове, които стигат до рафтовете, изглеждат еднакво червени — нещо, което явно увеличава продажбите.

Но красотата и удобството имат своята цена.

Когато генетиците се задълбочили в наследството на селекцията, дали на фермерите „удобни“ домати, установили, че равномерното узряване на съвременните сортове е свързано с точкова мутация в конкретен ген, наречен GLK2. Този ген, наред с други неща, отговаря за развитието на хлоропластите в плодовете на растението. Докато селекционерите избирали растения с плодове, които изглеждат и узряват еднакво, те, без да знаят, избирали растения с „изключен“ ген GLK2. Това довело до намаляване на захарите и полезните вещества в плодовете, тъй като в голяма степен именно хлоропластите допринасят за тяхното натрупване в узряващите плодове. Такава селекция направила доматите не само по-предсказуеми, но и частично ги лишила от вкус, правейки ги по-воднисти в сравнение с техните диви предшественици.

Друг, дори по-важен пример за непреднамерена деградация на вкуса по време на съвременната селекция, е отборът на по-големите плодове, което довело до намаляване на концентрацията на глюкоза и фруктоза в доматите. Този неприятен факт бил открит от авторите на споменатото по-горе изследване от 2017 г., когато започнали да анализират химическия състав на различните сортове. Оказало се, че в два участъка на генома на растението (Lin5 и SSC11.1) има варианти, които надеждно увеличават концентрацията на захари в плодовете, но едновременно с това значително намаляват техния среден размер. Негативната корелация между размера и вкуса била толкова силна, че средно удвояването на теглото на плода водело до намаляване на сладостта с почти 50%.

Анализът на генетичната среда на тези два участъка от генома предоставил неопровержими доказателства за насочен отбор, т.е. селекционерите в миналото явно избирали растения с генни варианти, които по-често се срещат в съвременните сортове. Очевидно безвкусните съвременни домати не са резултат от случайност, а от работата на самите селекционери — те избирали растения с по-големи плодове, а фактът, че увеличаването на размера е било неразривно свързано с влошаването на вкуса, станал ясен едва по-късно, когато последиците били анализирани от генетиците.

В заключение на статията, в която е описан този неприятен ефект, авторите предложили план за подобряване на вкуса на съвременните домати. Идеята била да се заобиколи досадната корелация: щом увеличаването на добива значително влошава вкуса, трябва да се поеме по друг път и

да се увеличи производството на вещества, отговорни за аромата на доматите.

Тези съединения оказват значително влияние върху общото впечатление за вкуса, дори в микроскопични количества, затова тяхното производство не би трябвало да се отрази на енергийните разходи на растението и съответно - на добива.

Въпреки това, общото впечатление от статията било мрачно: ако подобряването на вкуса на доматите неизбежно означава намаляване на добива, надеждите за появата на масови, достъпни и вкусни сортове са малки.

Новото изследване обаче вдъхва надежда за ренесанс на вкусните домати. Какво точно направиха учените?

Седем години след изследването, което разкриваше неразрешимата дилема за несъвместимостта на качеството и количеството, в „доматената“ област се появи нова надежда. Тя бе вдъхновена от нова разработка на същите автори от Института по аграрна геномика в Шънджън, които първоначално очертаха проблема.

Логиката на изследователите е следната: ако глюкозата и фруктозата са толкова важни за добрия вкус на доматите, тогава трябва да се намерят гени, които да направят плодовете по-сладки, без да намалят значително добива. В крайна сметка, ако в резултат на спонтанна селекция сладостта на доматите е намаляла заради една конкретна генна мутация в един участък от генома, това не означава, че няма начин за повишаване на сладостта, без да се жертват други качества.

Сравнявайки геномите на повече от 300 диви и култивирани сорта, учените открили два гена, чиито варианти силно се асоциират с „наситеността“ на вкуса, измерена чрез общото съдържание на сухо вещество в плода. И двата гена кодират много сходни регулаторни протеини, които по всяка вероятност са били един ген, раздвоил се в хода на еволюцията. Установено е, че тези протеини действат като „спирачки на сладостта“, тъй като стимулират разрушаването на един ключов ензим — сахарозосинтаза (SuSy), който има решаваща роля за сладостта на плодовете. SuSy превръща захарозата, пренасяна от стъблата към плодовете, в глюкоза и фруктоза — вещества, които са важни за вкуса на доматите. Един от регулаторните протеини маркира молекулите на SuSy с фосфатни остатъци, които действат като „черни знаци“, водещи до бързото разрушаване на ензима. В резултат съдържанието на глюкоза и фруктоза в плодовете, където сахарозосинтазата е потисната, намалява значително.

Когато учените „изключиха“ двата регулаторни белтъка с помощта на технологията за геномно редактиране CRISPR/Cas9, съдържанието на захари в доматите се увеличи с почти една трета. Най-важното е, че нито добивът, нито средното тегло на плодовете се промениха. Изглежда, че растенията не изразходват допълнителна енергия за „новата“ глюкоза и фруктоза в плодовете, а просто спестяват ресурсите, които иначе биха били изразходвани в други метаболитни пътища.

Освен подробния химичен и геномен анализ на новите мутанти, авторите на изследването подложиха подобрените домати на дегустация — потребители ги опитаха в сляп тест. Резултатите показаха, че ефектът от „изключването“ на гените, спиращи сладостта, се усеща бързо: повечето участници лесно разпознаха по-сладкия вкус на мутиралите домати в сравнение с оригиналния сорт. Самият сорт, използван в експеримента (Money Maker), е съвременен и много популярен в индустриалното селско стопанство, така че адаптацията на новата му версия към масовото производство няма да бъде трудна. Ако изследователите бяха използвали по-екзотични, макар и по-вкусни домати като дивите Solanum pimpinellifolium, приложимостта на тяхната работа би била значително ограничена. Но целта им от самото начало е да подобрят един от най-разпространените и достъпни сортове.

Могат ли ГМО растенията да спечелят доверието на масовия потребител?

Ще успеят ли новите домати да се появят по магазините и да заемат своята ниша, остава голям въпрос. Сред предимствата на новия ГМО-сорт са ясното и привлекателно за потребителите предимство във вкуса, пълната съвместимост със съществуващите технологии за производство, както и още един важен фактор — пълната липса на трансгени.

Докато в миналото, през 90-те и 2000-те години, основният метод за създаване на ГМО-растения включваше въвеждане на генетичен материал от други видове (чрез специални бактерии или обстрелване на клетки със златни частици, съдържащи чужда ДНК), в този случай учените използваха технологията CRISPR/Cas9, която просто изключва определени природни гени на растението, без да добавя чужда ДНК. В известен смисъл тези растения дори не попадат в категорията „генетично модифицирани“.

Важно е да се отбележи, че този факт сам по себе си не носи реални предимства по отношение на безопасността или други характеристики, но може да повлияе на възприемането на продукта от потребителите. Въпреки че опасенията за безопасността на трансгенните растения са напълно необосновани, което е многократно доказвано с различни изследвания, много потребители продължават да гледат с недоверие на ГМО-продуктите и дори са готови да платят до 20% повече за стоки, които са „без ГМО“. В този контекст новият сорт може да има по-голям шанс да спечели потребителите, ако не съдържа трансгени — вероятно това ще убеди част от тях или държавните регулатори.

Въпреки това има много фактори срещу появата на нови, по-малко воднисти и по-вкусни домати по рафтовете на магазините. И основният е трудната и дълга история на провали и неуспехи на ГМО растения и животни.

През 2024 г. се навършват точно 30 години, откакто първото ГМО растение е одобрено за човешка консумация. По ирония на съдбата това не беше соята или царевицата, култури, при които ГМО вариантите отдавна държат огромен пазарен дял. Това беше домат - някога известният сорт Flavr Savr, създаден от Calgene. Както академични, така и популярни книги са написани за историята на развитието, популяризирането и бързия провал на Flavr Savr (биографията на Flavr Savr от един от нейните създатели, служителката на Calgene Белинда Мартино, със сигурност е препоръчителна), но накратко, тя показва, че някои подобрени свойства сами по себе си не са достатъчни, за да спечели ГМО растение популярност.

Подобно на новия сорт домати „Шенжен“, Flavr Savr е отгледан, за да компенсира поне малко тъжното влияние на многогодишната „класическа“ селекция върху вкуса на съвременните домати. Във Flavr Savr бяха въведени два гена. Единият, отговорен за антибиотичната резистентност, изпълняваше чисто техническа роля, улеснявайки избора на желаните ГМО растения от тези, които не са били модифицирани. Вторият подтиска работата на ензима, който разрушава пектина. В резултат на това доматите запазват формата си по-добре и „живеят“ по-дълго на рафтовете на магазините. Идеята на създателите на ГМО сорта е да се позволи на доматите да постоят на клона по-дълго, а не да се берат преждевременно, както всички други индустриални сортове.