Генетика кукурузы раскрывает историю её распространения по Америкам

Учёные из Университета штата Айова изучили генетические изменения, вызванные одомашниванием кукурузы.

Исследование, опубликованное в рецензируемом журнале Genome Biology, показывает, как демография — изменения численности популяции — повлияла на генетику кукурузы. Оно демонстрирует, как генетические "бутылочные горлышки", вызванные одомашниванием, увеличили распространённость вредных мутаций в геноме культуры сегодня. По словам Мэтью Хаффорда, старшего автора исследования, понимание истории культуры позволяет точнее предсказать, как одомашненные виды могут реагировать на новые условия среды.

Кукуруза была впервые одомашнена около 10 000 лет назад в центральной Мексике путём отбора желательных признаков теосинте — вида дикой травы. По мере распространения по Америкам ранние фермеры, отбирая растения по специфическим хозяйственным признакам, создали "бутылочное горлышко", ограничившее разнообразие генофонда.

"Естественный отбор обычно работает лучше в больших популяциях, — пояснил Хаффорд. — Иначе дрейф генов и случайность могут увеличить количество вредных аллелей, что мы и наблюдаем".

Согласно исследованию, вредные аллели (неблагоприятные мутации) в геноме кукурузы увеличили свою частоту в результате одомашнивания и стали ещё более распространёнными по мере удаления культуры от центра происхождения. Эти мутации затрудняют выживание и размножение растений. Например, сорта кукурузы в Андах Южной Америки, где географическая изоляция создаёт эволюционное давление, демонстрируют повышенное число вредных мутаций.

Команда исследователей, включая ведущего автора Ли Вана, секвенировала геномы 31 сорта кукурузы и 4 сортов теосинте. Географические сравнения и анализ генетических маркеров позволили восстановить эволюционную хронологию, показывающую разделение диких и одомашненных видов около 10 000 лет назад.

Однако, по словам Хаффорда, поток генов — скрещивание одомашненных видов с теосинте — мог помочь кукурузе адаптироваться к новым условиям при распространении в высокогорные регионы и, возможно, снизил количество вредных аллелей. Это новое понимание может помочь учёным предсказать, как другие одомашненные виды, например сельскохозяйственные культуры, смогут адаптироваться к новым географическим и экологическим условиям.