Как корни помогли одомашнить кукурузу: открытие для селекционеров

Совместное исследование учёных из Мексики и Университета Пенсильвании, объединившее археологию, молекулярную генетику и новые технологии, позволило глубже понять, как более 5000 лет назад из теосинте — многолетнего мексиканского злака — была одомашнена современная кукуруза.

Роль корней в одомашнивании

Исследователи во главе с Джонатаном Линчем сосредоточились на изучении корневой системы. Они выяснили, что древние земледельцы, вероятно, неосознанно отбирали растения с такими корневыми признаками, которые способствовали развитию большего количества семян и початков. Эти знания могут помочь современным селекционерам в создании сортов, устойчивых к засухе и твёрдой почве.

Анализ древних образцов

В центре исследования были два древних корневых образца возрастом от 4956 до 5280 лет, найденные в пещере Сан-Маркос в долине Теуакан (Мексика). Для их анализа применили лазерную абляционную томографию (LAT) — технологию высокого разрешения для 3D-реконструкции и количественной оценки анатомии растений.

Ключевые находки

• Наружные клетки коры древних корней имели толстые стенки, как у современных сортов кукурузы, адаптированных к твёрдой почве.
• Однако у древних образцов отсутствовали семенные корни — важные для снабжения проростков водой и питательными веществами. Эти корни есть у современной кукурузы, но отсутствуют у теосинте.
• Анализ ДНК третьего образца схожего возраста выявил мутации в двух генах, отвечающих у современной кукурузы за развитие семенных корней.

Это указывает, что некоторые признаки адаптации к засухе ещё не были полностью сформированы у самой ранней кукурузы Теуакана.

Неожиданное сотрудничество

Исследование началось после того, как Джонатан Линч выступил с докладом в Национальной лаборатории геномики биоразнообразия (LANGEBIO) в Мексике. Там он узнал о сохранившихся в сухих пещерах древних корнях кукурузы от молекулярного биолога, бывшего научного руководителя Ивана Лопес-Вальдивии. Лопес-Вальдивия начал эту работу в Мексике и завершил её в Пенсильвании, а теперь продолжает в рамках своей докторской диссертации.

Образцы для исследования, включая редкий узел щитка (структуру, из которой развиваются семенные корни), были взяты из коллекций Национального института антропологии и истории Мексики, собранных ещё в 196-х годах археологом Ричардом Мак-Нейшем.