Как появился хлопок
Около 1–2 миллионов лет назад в результате слияния и генетического объединения американского растения с африканским или азиатским возник предок кустарника, который сегодня дает 90% мирового коммерческого хлопка. Несмотря на последующую доместикацию и генетические изменения в результате селекции на протяжении тысяч лет, это растение сохранило генетическую структуру и потенциал, благоприятные для дальнейшей модификации.
Таковы некоторые из ключевых результатов детального изучения генома хлопка профессором Джонатаном Венделем и его коллегами из Университета штата Айова, представленных на XVIII Международном ботаническом конгрессе.
«Наша работа по активности генов демонстрирует неравный вклад двух геномов, — говорит Вендель. — Сейчас мы исследуем уникальную возможность для селекции, которую предоставляет существование множественных, параллельных доместикаций разных диких предков хлопка коренными народами в Африке-Азии и Центральной Америке».
Высокоурожайные современные растения хлопка с их длинными, прочными, тонкими и белыми волокнами (удлинёнными «волосками» на поверхности семян) были выведены из кустарниковых предковых форм, имевших более короткие, грубые и коричневатые волокна. Исследователи сравнили эти два типа волокон с помощью ДНК-микрочипов.
Сравнение выявило различия в активности тысяч различных генов в процессе развития, отмечает Вендель. Результаты показывают гены, на которые повлиял искусственный отбор, то есть те, что отвечают за современный хлопок.
Учёные-геномики могут помочь фермерам, разрабатывая и выводя растения, требующие меньше воды. Кроме того, поскольку хлопок подвержен серьёзным инвазиям вредителей, многие производители обильно обрабатывают его пестицидами, опасными для здоровья людей и животных. Растения, выведенные или модифицированные с усиленными естественными защитными механизмами, могут снизить потребность в этих химикатах и улучшить состояние окружающей среды.
Дополнительная информация
Учёные обнаружили, что современный хлопок отличается от форм, одомашненных древними земледельцами, по времени и уровню экспрессии генов — процессу, при котором информация гена преобразуется в биологическую функцию. Их выводы раскрывают сложные детали того, как волокна хлопка изменялись в результате тысячелетнего отбора фермерами для получения лучших культур.
Хлопок — важнейшее волокнистое растение в мире и значимая масличная культура. Его производство и дальнейшее использование составляют жизненно важную часть экономики США. Исследование проливает свет на гены, которые обеспечивают современному хлопку его коммерчески важные свойства, открывая новые пути для дальнейшего улучшения культуры с помощью селекции.
Сравнение двух типов волокон (предкового и современного) с помощью ДНК-микрочипов выявило различия в экспрессии генов в процессе развития волокна для тысяч различных генов. Результаты освещают гены, на которые повлиял искусственный отбор, то есть ответственные за современный хлопок.
Хлопковое волокно — это совокупность отдельных клеток, состоящих почти из чистой целлюлозы. Его естественная упругая структура придаёт ему прочность, долговечность и гигроскопичность. При высыхании волокна образуют плоские, скрученные, лентообразные формы, идеальные для прядения тонкой пряжи.
Хлопок эволюционировал почти на каждом континенте, но для создания растения, которое мы используем сегодня, потребовалось соединение хлопка с противоположных концов Земли. Когда геном хлопка будет полностью секвенирован, учёные смогут точно определить, какие гены контролируют такие признаки, как мягкость или прочность.
Ещё один способ помощи фермерам — выведение растений, требующих меньше воды. Хлопок — «жадная» до воды культура, и по мере сокращения водных ресурсов во всём мире экономики, зависящие от него, сталкиваются с трудностями. Растения с усиленными естественными защитными механизмами могут снизить потребность в пестицидах и улучшить экологию.