Расшифрован геном моркови: история одомашнивания и ключ к улучшению урожая
Иногда эволюционную историю вида можно найти в окаменелостях. В других случаях камни и отпечатки приходится менять на ДНК и генетические отпечатки пальцев.
Последнее относится к полезной для зрения моркови — важной сельскохозяйственной культуре, полный генетический код которой только что расшифровала группа исследователей под руководством профессора генетики Университета Висконсин-Мэдисон Фила Саймона. Исследование опубликовано в журнале Nature Genetics.
Оно рассказывает историю того, как на морковь повлияли одомашнивание и селекция, изменения окружающей среды и геологии, а также заполняет генеалогическое древо родственных видов. Кроме того, оно раскрывает, как морковь стала так хорошо накапливать каротиноиды — пигментные соединения, придающие ей характерный цвет и питательную ценность.
«Морковь имеет хорошую репутацию как культура, и мы знаем, что это значительный источник питания, особенно витамина А», — говорит Саймон. «Теперь у нас есть возможность копнуть глубже, и это станет хорошим дополнением к инструментарию для улучшения культуры».
Полученные знания также могут привести к улучшению родственных культур — от пастернака до маниока с желтой мякотью, основного продукта питания во многих регионах Африки.
Геном моркови содержит более 32 000 генов, расположенных в девяти хромосомах, которые кодируют устойчивость к вредителям и болезням, красочные каротиноиды и многое другое. Каротиноиды, такие как альфа- и бета-каротин, были впервые обнаружены именно в моркови.
История одомашнивания и цвет
- Первые культурные моркови появились 1100 лет назад в Центральной Азии. В отличие от своих белых диких предков, они были фиолетовыми и желтыми.
- Классическая оранжевая морковь появилась позже, в Европе в 1500-х годах.
- Даже до одомашнивания семена дикой моркови находили в примитивных стоянках возрастом 3000–5000 лет в Германии и Швейцарии.
- Исследование подтвердило, что морковь была впервые одомашнена на Ближнем Востоке и в Центральной Азии, что согласуется с теорией центров разнообразия Вавилова.
Исследование не может ответить, почему первые культуры были фиолетовыми и желтыми, но может подтвердить, что причина не во вкусе. Гены цвета и гены, связанные с предпочтительными вкусами, не связаны. Однако то, что цветная морковь стала популярной, оказалось удачей: пигменты делают ее питательной, причем оранжевая морковь — самая питательная из всех.
Генетические секреты цвета и питания
Исследование раскрывает механизм появления оранжевого цвета. «Накопление оранжевых пигментов — это процесс, который в норме не должен происходить», — говорит Саймон. «Теперь мы знаем, какие гены за это отвечают и что они делают».
- Исследование подтвердило, что ген под названием Y отвечает за разницу между белой морковью и желтой или оранжевой, и что его вариант приводит к накоплению каротиноидов.
- Также был идентифицирован новый, ранее неизвестный ген, который способствует накоплению этих цветных соединений.
- Оба гена являются рецессивными, то есть для накопления каротиноидов в растении необходимы две копии каждого. Это фактически дефект метаболического пути, который, по-видимому, связан с световосприятием.
Корни, такие как морковь, обычно не подвергаются воздействию света и не нуждаются в фотосинтетических пигментах, таких как каротиноиды. «Это перепрофилирование генов, которые растения обычно используют при росте на свету», — объясняет Саймон.
Вероятно, эти гены были непреднамеренно отобраны ранними земледельцами, возможно, чтобы помочь им отличать культурные растения от диких.
Значение для будущего
- Потребление моркови в мире учетвертилось в период с 1976 по 2013 год.
- За последние 40 лет селекция привела к созданию более питательной моркови: сегодня в ней на 50% больше каротина, чем в 1970 году.
- Геномика открывает возможности для молекулярной селекции с целью улучшения таких признаков, как повышенное содержание бета-каротина, засухоустойчивость и устойчивость к болезням.
- Морковь представляет собой возможность для улучшения здоровья и экономических показателей в разных странах, предлагая устойчивый локальный источник витамина А.
«Глобально мы раздаем капсулы с витамином А, но почему бы не дать людям возможность выращивать его самим?» — задается вопросом Саймон.