Древние геномы кукурузы раскрывают раннюю эволюционную историю важных коммерческих сортов
Исследование, опубликованное в журнале Cell, раскрывает глубокие эволюционные корни кремнистой и зубовидной кукурузы — двух основополагающих разновидностей, центральных для современной селекции и выращивания этой культуры.
Проанализировав древнюю ДНК 32 образцов кукурузы возрастом до 3000 лет, исследователи реконструировали путь распространения культуры в восточную часть Северной Америки, проливая новый свет на её географическое происхождение, маршруты расселения и историю селекции.
Исследование было проведено международной группой учёных под руководством Хасмин Рамос Мадригаль из Центра эволюционной гологеномики Копенгагенского университета (Дания) и Натана Уэльса из Департамента археологии Йоркского университета (Великобритания).
Генетическая связь между северными кремнистыми сортами и тысячелетней кукурузой из Озарка
Реконструкция геномов археологических початков и зёрен показала, что тысячелетняя кукуруза из скальных навесов в регионе Озарк (Арканзас, США) имеет тесную генетическую связь с современными северными кремнистыми сортами. Эти древние формы, известные своей холодостойкостью и выносливостью, составляют основу многих коммерческих гибридов кукурузы, выращиваемых сегодня.
«Наше исследование показывает, что эта линия кукурузы, составляющая основу происхождения большинства коммерческих сортов, имеет общие корни с кукурузой, которую выращивали коренные народы в регионе Озарк более 1000 лет назад», — пояснил Уэльс.
Долгий путь кукурузы: через Великие равнины в восточную Северную Америку
Восточная часть Северной Америки была одной из последних остановок в распространении кукурузы из центра её доместикации на юге Мексики. Существовали две конкурирующие гипотезы о маршруте: через восточную Мексику и побережье Мексиканского залива в Техасе или через Великие равнины с юго-запада США.
Исследование предоставляет чёткие доказательства в пользу второй гипотезы. Древние геномы из Озарка указывают, что кукуруза попала в восточную Северную Америку как минимум двумя волнами расселения, имея предков как из возвышенностей юго-запада США, так и из южного Техаса.
«Одна из линий происхождения, которую мы находим в Озарке, происходит от кукурузы, уже адаптированной к более холодным условиям и короткому световому дню возвышенностей юго-запада США. Это говорит о том, что кукуруза могла быть введена в восточную Северную Америку только после того, как люди вывели местные сорта с генетическими инструментами, позволяющими справляться со сложной средой региона», — отметила Рамос-Мадригаль.
Эволюционные адаптации: отбор гена крахмала отражает ранние пищевые предпочтения
Исследование также выявило повторяющийся отбор в метаболическом пути крахмала кукурузы во время её распространения в восточную Северную Америку. Ключевой ген этого пути, известный как waxy, влияющий на текстуру зерна, показал явные признаки отбора в древней кукурузе из Озарка 1000 лет назад.
Генетические варианты гена waxy влияют на липкость и жевательность кукурузы — свойства, которые до сих пор ценятся в некоторых традиционных кухнях.
«Это говорит о том, что фермеры из числа коренных народов не только адаптировали кукурузу к местному климату, но и, возможно, отбирали признаки, соответствующие их конкретным кулинарным предпочтениям», — объяснил Уэльс.
«Наше исследование добавляет ещё один фрагмент к пазлу хронологии отбора и адаптации во время доместикации кукурузы, показывая, что этот ген был отобран в период между уходом кукурузы с юго-запада США и её прибытием в восточную Северную Америку как минимум тысячу лет назад», — добавила Рамос-Мадригаль.
Это исследование демонстрирует, как древняя ДНК может пролить свет на происхождение и адаптацию культур, сформировавших человеческую историю. Проследив путь и адаптацию кукурузы в восточной Северной Америке, работа не только углубляет наше понимание раннего происхождения и эволюции одной из трёх основ современного сельского хозяйства, но и даёт новые представления об эволюционной истории одной из важнейших мировых культур.