Точная селекция для адаптации кукурузы к изменению климата

Исследование под руководством Корнеллского университета и Института биологии развития Общества Макса Планка показывает, что адаптация тропической кукурузы к умеренному климату началась 4000 лет назад коренными народами на юго-западе США и заняла около 2000 лет.

Историческая адаптация

Фермеры использовали генетическое разнообразие одомашненных сортов и диких родственников из Мексики. Их отбор привел к доминированию вариантов генов, отвечающих за раннее цветение, что позволило растениям справляться с более коротким вегетационным периодом и другой продолжительностью дня.

Первая успешно адаптированная кукуруза была низкорослой, кустистой и, вероятно, относилась к попкорновому типу. Некоторые археологические образцы имели желтые зерна с высоким содержанием бета-каротина — это самое раннее свидетельство употребления желтой кукурузы.

Генетическая сложность и современные вызовы

"Признак, такой как время цветения, настолько сложен, что включает изменения в сотнях генов", — говорит Келли Свартс. Хотя кукуруза обладает огромным генетическим разнообразием и способностью к адаптации, для накопления нужных вариантов генов в прошлом потребовались тысячелетия.

Сегодня для быстрой адаптации к глобальному потеплению потребуется точная селекция, например, с использованием геномного редактирования. При этом важно сохранять разнообразие традиционных местных сортов (ландрасов) и понимать, какие гены нужно редактировать.

Методология исследования

Ученые проанализировали 15 образцов из окаменелых початков, найденных в сухом убежище Тёрки Пен в штате Юта. Благодаря хорошей сохранности в некоторых образцах до 80% извлеченных фрагментов ДНК принадлежали кукурузе.

Исследователи сравнили геномы древних и тысяч современных инбредных сортов, чтобы предсказать время цветения у древних образцов. Затем они проверили свои прогнозы, вырастив популяции из потомков древних сортов. Валидация подтвердила высокую точность предсказаний.

"Раньше считалось невозможным определить такой признак, как время цветения, по археологическим образцам. Это стало возможным только благодаря недавним достижениям в древней и современной геномике", — отмечает Свартс.