Гены, лежащие в основе ключевого процесса одомашнивания сорго и других злаков

Исследование, проведённое группой учёных из университетов и государственных учреждений под руководством исследователя из Университета штата Канзас, показывает, что гены, ответственные за осыпание семян — процесс распространения семян у злаков, — подвергались параллельному отбору в ходе одомашнивания сорго, риса и кукурузы.

Исследование "Parallel domestication of the Shattering1 genes in cereals" было опубликовано 13 мая в онлайн-версии журнала Nature Genetics. Чтобы выявить молекулярную основу осыпания семян у сорго — пятой по значимости культуры в мире, — учёные сначала провели позиционное клонирование и анализ разнообразия у сорго, а затем изучили идентифицированный ген у других злаков.

Зерновые культуры, включая сорго, рис и кукурузу, были одомашнены человеком тысячи лет назад из-за их важности как источника пищи. Хотя эти культуры были одомашнены разными группами людей в разных географических регионах, все они прошли через системные и параллельные изменения в процессе доместикации.

Осыпание семян у диких злаков происходит естественным образом при созревании, что обеспечивает их размножение. Однако при культивировании человеком осыпание приводило бы к неэффективному сбору урожая и большим потерям зерна. Отбор на неосыпающиеся растения значительно облегчил сбор и повысил урожайность.

Исследователи обнаружили, что осыпание семян у сорго контролируется одним геном — Sh1. Это открытие, в сочетании с выявлением консервативной коллинеарности геномных регионов, содержащих ортологи Sh1 у нескольких злаков, идентификацией гена OsSh1 у риса и анализом структурных вариаций и локусов количественных признаков у двух ортологов кукурузы (ZMSH1-1 и ZMSh1-5.1+ZmSh1-5.2), позволяет предположить, что гены Sh1 подвергались параллельному отбору в ходе одомашнивания у нескольких злаковых культур.

Для идентификации молекулярной основы осыпания у сорго команда создала большую популяцию от скрещивания дикого сорго Sorghum virgatum (SV) с полным осыпанием и одомашненной неосыпающейся линии Tx430. После локализации гена они изучили разнообразный набор линий и местных сортов сорго, чтобы выяснить, сколько существует разных версий одомашненной копии Sh1. Было обнаружено три различных версии, что подтвердило более ранние выводы о множественном происхождении сорго в разных частях африканского континента, сделанные на основе морфологических характеристик.

Понимание осыпания семян у сорго важно для одомашнивания других злаков, а также для самого сорго в свете его растущего применения в биоэнергетике, устойчивости к стрессам и традиционной роли как источника пищи и корма.