Новый метод обнаружения «генетического вторжения» культурных растений в дикую природу

Сельскохозяйственные поля создают мозаичный ландшафт, который увеличивает вероятность «затопления» генных пулов диких растений ДНК одомашненных культур. Такая аллельная интрогрессия может вызывать значительные эволюционные изменения в популяциях диких растений и ставить под угрозу естественный генетический материал, необходимый для сохранения биоразнообразия и будущих сельскохозяйственных практик. Снижение генетического разнообразия, наблюдаемое, например, у риса и хлопчатника, уменьшает способность популяций противостоять резким изменениям среды, таким как сдвиги климата, болезни или нашествия вредителей.

Учёные годами отслеживают поток генов из культур в дикую природу. Однако новое исследование профессора Лесли Кэмпбелл (Университет Райерсона) и её коллег выявило два серьёзных недостатка в традиционных методах отслеживания и вдохновило на создание более чувствительного подхода.

«Традиционные научные методы измерения аллельной интрогрессии недостаточно чувствительны, чтобы обнаружить загрязнение у диких растений, — отмечает Кэмпбелл. — Они лучше выявляют снижение, а не увеличение генетического разнообразия, которое может быть более распространённым и вредным, чем считалось ранее».

В своём исследовании Кэмпбелл заимствовала методы из смежной области изучения глобальных биологических инвазий. Команда провела аналогию между видами, вторгающимися в географические ландшафты, и генами культур, вторгающимися в «генетические ландшафты». Индексы, измеряющие видовое разнообразие до и после инвазий, были применены для измерения генетического разнообразия до и после гибридизации с культурными растениями. Новый подход описан в недавнем выпуске журнала Applications in Plant Sciences.

«Это первый случай, когда метрики видового разнообразия используются для обнаружения сдвигов в генетическом разнообразии при гибридизации и потоке генов», — говорит Кэмпбелл.

Учёные сравнили традиционные индексы с индексами видового разнообразия на примере дикой и культурной свёклы в Европе. Оказалось, что традиционные методы не могли обнаружить потерю редких, потенциально важных аллелей в диких популяциях. Они были менее чувствительны к обнаружению гибридизации, в то время как новый подход смог выявить как увеличение генетического разнообразия, так и рост генетического сходства гибридизирующихся популяций с культурными сортами свёклы.

Кэмпбелл поясняет, что увеличение генетического разнообразия диких растений может быть вредным, если меняется качество генетического материала. Сдвиг в генетическом составе популяций дикой свёклы может привести к появлению признаков, негативно влияющих на их эволюционную траекторию и в итоге «вымывающих» их исходный генетический материал. Например, гибридные популяции свёклы содержали лишь 25% редких аллелей, обнаруженных в диких популяциях без примеси генов культурных растений.

Неспособность обнаружить гибридизацию культурных и диких растений мешает должной сохранности естественного генетического разнообразия. Кэмпбелл утверждает: «Новый метод — это более чувствительный подход для оценки рисков утечки трансгенов из культур до их попадания в окружающую среду». Метод следует использовать для тестирования и повторного тестирования агросистем, для которых существуют базовые представления о генетическом составе диких растений, который необходимо сохранять.