Исследование выявило геномные особенности, делающие растения хорошими кандидатами для одомашнивания

Новое исследование, опубликованное на этой неделе, определяет геномные особенности, которые могли сделать возможным одомашнивание кукурузы и сои — двух критически важных сельскохозяйственных культур.

Исследование, опубликованное в четверг в рецензируемом журнале Genome Biology, проливает свет на процесс одомашнивания — селекции растений человеком на протяжении веков для получения желаемых признаков. Учёные проанализировали обширные данные по геномам кукурузы и сои, сравнив определённые участки геномов диких видов и одомашненных сортов и отметив области наибольшего расхождения.

Исследователи из Университета штата Айова работали с учёными из Университета Джорджии, Корнеллского университета и Университета Миннесоты. Они изучили более 100 образцов из сравнений кукурузы с её предковым видом — теосинте, а также 302 образца из набора данных по дикой и одомашненной сое.

«Мы разделили геномы на определённые участки и сравнили их. Это новый подход к изучению эволюции генома и одомашнивания. Мы искали "макроизменения" — основные общегеномные закономерности — и нашли их», — сказал Цзяньмин Юй, профессор агрономии.

Человеческая селекция создала «бутылочное горлышко» в генетическом материале кукурузы и сои, ограничив доступное генетическое разнообразие. Однако исследователи обнаружили несколько областей в геномах изученных видов, где расхождение геномов, по-видимому, концентрировалось.

«Эти закономерности в изменениях оснований по всему геному дают представление о том, как одомашнивание влияет на генетику видов», — сказал Цзиньюй Ван, первый автор статьи.

Вариации в нуклеотидных основаниях между дикими и одомашненными видами были более выражены в негенных участках геномов (не кодирующих белки). Исследование также выявило бо́льшую вариацию в перицентромерных регионах (областях возле центромеры хромосом) и в областях с высоким уровнем метилирования (где к молекуле ДНК добавляются метильные группы). Метилирование может изменять активность сегмента ДНК, не меняя его последовательность.

Исследование также рассматривало частоту мутаций в геномах одомашненных культур и их предковых видов.

«Теперь мы считаем вероятным, что хорошие кандидаты для одомашнивания, такие как кукуруза и соя, занимают среднюю позицию по своей "склонности" к мутациям», — сказал Сяньжань Ли, соавтор исследования.

«Если мутаций нет, то всё остаётся неизменным, и эволюции не происходит. Но слишком много мутаций могут уничтожить вид», — добавил Цзяньмин Юй.

Результаты исследования указали на важную связь между УФ-излучением солнца и эволюцией генома. УФ-излучение является естественным мутагеном и оставляет особый «след». Авторы обнаружили гораздо больше таких следов в современных кукурузе и сое по сравнению с их дикими родственниками.