Удивительный лабиринт эволюции кукурузы

Понимание эволюции и одомашнивания кукурузы (маиса) было важной целью для многих исследователей. Как одна из важнейших мировых сельскохозяйственных культур, сильно отличающаяся от своих диких родственников в результате доместикации, это понимание имеет практическую пользу и может помочь повысить урожайность.

В октябрьском номере American Journal of Botany доктор Марина Дермастия и коллеги опубликовали исследование, сравнивающее развитие зерна кукурузы с её ближайшим диким родственником — теосинте. Эта работа опровергает некоторые распространённые представления об одомашнивании маиса. Неожиданно многие черты клеточного развития зерна кукурузы, ранее приписываемые процессу доместикации, были обнаружены и в развитии зерна теосинте.

"Хотя зёрна теосинте морфологически так сильно отличаются от зёрен маиса, их внутреннее строение — нет, — сказала Дермастия. — Хотя мы не ожидали фундаментальных различий между маисом и теосинте, сходство оказалось поразительным".

К чертам, считавшимся уникальными для маиса, но теперь найденным и у теосинте, относятся:

• Ранняя запрограммированная гибель клеток в части зерна.
• Накопление фенольных и флавоноидных соединений в стенках этих клеток.

Эти изменения укрепляют клетки, защищают их от распада и болезней и увеличивают водопроводимость. По словам Дермастии, наличие этих признаков у теосинте указывает, что они не являются следствием одомашнивания маиса.

Другая наблюдаемая общая черта — наличие фермента, контролирующего поток сахара в развивающемся семени, что, по-видимому, является общим механизмом поглощения сахара для обоих видов.

Ключевое различие, обнаруженное исследователями, касается процесса эндоредупликации — удвоения ДНК в клетке без последующего клеточного деления. Этот феномен происходит в эндосперме злаков (питательной части семени). Более высокая степень эндоредупликации приводит к увеличению содержания ДНК в клетках и, как следствие, к большей ёмкости "поглотителя" для развивающегося семени.

Учёные обнаружили, что распределение клеток с высоким содержанием ДНК у маиса отличается от теосинте:

• У маиса эти клетки находятся в верхней части эндосперма.
• У теосинте они распределены по всему эндосперму.

Исследователи предполагают, что это различие может быть связано с более эффективным отложением крахмала у маиса как результата одомашнивания.

"Наше исследование показывает, что основные различия, помимо плодовой оболочки теосинте и её отсутствия у маиса, могут заключаться в процессе эндоредупликации в эндосперме, — сказала Дермастия. — Более глубокое знание этого процесса может стать важным шагом в улучшении важнейшей сельскохозяйственной культуры".

Источник: American Journal of Botany