Что генетика 3000-летней египетской пшеницы рассказывает о нашем хлебе

Пшеницу впервые начали культивировать более 12 000 лет назад, и сегодня на неё приходится примерно каждая пятая калория в рационе человека. За это время люди распространили виды пшеницы по всему миру и изменили их с помощью селекции.

Большинство видов пшеницы имеют гибридное происхождение. Современные сорта несут крупные геномные фрагменты, происходящие от родственных видов, что свидетельствует о сложной истории дальнейшей гибридизации.

Древняя ДНК, извлечённая непосредственно из биоархеологических образцов, особенно ценна для отслеживания изменений во времени. Недавно была секвенирована геномная последовательность образца египетской полбы (пшеницы двузернянки) возрастом 3000 лет. Сравнение с современными образцами проливает свет на распространение этой культуры.

Пшеница фараонов

Пшеницу впервые начали возделывать в регионе Плодородного полумесяца на Ближнем Востоке. Полба — это «плёнчатая» пшеница, требующая интенсивной обработки для отделения зерна от оболочки. Это дикий гибридный вид, несущий два полных генома от разных видов диких злаков.

Другие знакомые нам виды — пшеница твёрдая (для пасты), которая произошла от полбы, но является «голозёрной» (легко обмолачиваемой), и пшеница мягкая (хлебная) — самая распространённая культура сегодня, которая также голозёрная, но несёт дополнительный геном от третьего вида дикой травы.

В Древнем Египте полба была самой распространённой пшеницей. Возможно, она лучше подходила к местному климату, или её оболочка защищала зерно от вредителей при хранении.

Образец полбы возрастом 3000 лет, ДНК которого удалось секвенировать, был найден на месте раскопок Хемения-Норт-Спур в Египте более 90 лет назад. Несмотря на хранение без климат-контроля, ДНК в образце сохранилась.

Генетические связи и следы доместикации

Среди культивируемых образцов полбы с доступными генетическими данными, древняя египетская пшеница оказалась наиболее похожей на современную полбу, выращиваемую в Турции, Омане и Индии. Это указывает на генетическую связь между ранним распространением возделывания полбы на восток и юг из Плодородного полумесяца, что отличается от её продвижения на север и запад.

В древнем образце уже присутствовало большинство генетических характеристик, связанных с доместикацией. К ним относятся:

• Удержание семян на растении для удобного сбора (что невыгодно в дикой природе).
• Крупный и стабильный размер семян.
• Лёгкая прорастаемость.

Будущее исследований

Возделывание полбы в Египте сейчас сократилось в пользу голозёрных видов пшеницы, которые легче обрабатывать. Это может объяснять, почему полученный древний геном выглядит относительно уникальным.

Однако это исследование основано на одном древнем образце и доступных современных последовательностях. В будущем геномные данные от большего количества древних и современных образцов пшеницы позволят точнее определить исторические пути распространения культур и изменения генетического разнообразия. Утраченное в современных сортах генетическое разнообразие диких популяций и древних культур потенциально можно reintroduce для улучшения сельскохозяйственных растений.

Появление новых геномных ресурсов по пшенице, включая почти непрерывные последовательности целых хромосом, даёт надежду, что генетические технологии помогут селекции пшеницы в удовлетворении растущего мирового спроса.