ДНК древнего утерянного ячменя может помочь современным культурам справляться с водным стрессом

Исследователи из Университета Уорика восстановили значительную ДНК-информацию из утерянной формы древнего ячменя, которая преобладала более 3000 лет, пережив 5 смен цивилизаций, нехватку воды и конкуренцию с более популярной формой, дающей больше зерен. Это открытие дает реальное представление о практике древнего земледелия и может помочь в выведении новых сортов сельхозкультур для решения современных проблем изменения климата.

Исследователи под руководством доктора Робина Аллаби из Warwick HRI изучили археоботанические остатки древнего ячменя в Каср-Ибриме в Верхнем Египте. Это место было заселено более 3000 лет пятью последовательными культурами: напатской, римской, мероитской, христианской и исламской.

Первым сюрпризом стало то, что на протяжении всего этого периода каждая культура выращивала двухрядную форму ячменя. Хотя дикий ячмень обычно двухрядный, фермеры предпочитают выращивать гораздо более урожайный шестирядный вариант, который дает до 3 раз больше зерен. Этот шестирядный ячмень выращивали более 8000 лет, и его определенно выращивали в Нижнем Египте в тот же период, что и в Каср-Ибриме. Предполагалось, что, несмотря на использование шестирядного ячменя в остальном Египте, фермеры Каср-Ибрима сознательно выбирали импорт двухрядного, но причины этого были непонятны.

Ученые были рады обнаружить, что из-за очень сухих условий в Каср-Ибриме им удалось извлечь много ДНК-информации из образцов ячменя с этого места возрастом 2900 лет. Это было намного лучше, чем обычно ожидается от образцов такого возраста. Это привело ко второму, большему сюрпризу. ДНК-анализ показал, что двухрядный ячмень на месте был не обычным диким двухрядным, а мутацией более распространенного культурного шестирядного ячменя, которая превратила его в двухрядную форму, продолжавшую культивироваться около трех тысячелетий.

Доктор Робин Аллаби заявил:

"Постоянство двухрядного фенотипа во всех слоях, охватывающих три тысячелетия, указывает на то, что причина повторного появления двухрядной формы, скорее всего, генетическая, а не экологическая. Следовательно, двухрядное состояние, вероятно, возникло в результате мутации с усилением функции в другой точке ДНК растения, которая также восстановила двухрядное состояние от шестирядного предка".

"Возможно, существовало давление естественного отбора, которое сильно благоприятствовало двухрядному состоянию. Одна из таких возможных причин, которую мы сейчас исследуем, — водный стресс. Каср-Ибрим расположен в Верхнем Ниле, который очень засушлив по сравнению с Нижним Нилом, где найдены остатки шестирядного ячменя, и исследования показали, что двухрядный ячмень лучше переносит водный стресс, чем шестирядный".

Он заключил, что:

"Это открытие имеет два важных следствия. Такое сильное давление отбора, вероятно, затронуло многие гены с точки зрения адаптации. Археогенетическое изучение ДНК таких ранее утерянных древних культур могло бы подтвердить природу давления отбора и было бы очень ценным для разработки новых сортов сельхозкультур, чтобы помочь справиться с сегодняшними проблемами изменения климата. Во-вторых, это повторное открытие культуры добавляет уважения к методам и мышлению древних земледельцев. Эти древние культуры веками использовали культуры, наиболее подходящие для их экологической ситуации: вместо гораздо более популярного шестирядного ячменя они использовали успешную культуру с низким числом зерен, которая могла гораздо лучше справляться с водным стрессом".

Исследовательская статья под названием "Archaeogenetic Evidence of Ancient Nubian Barley Evolution from Six to Two-Row Indicates Local Adaptation" только что опубликована в PLoS One.