История ржи: Как ранние земледельцы сделали растения генетически менее гибкими
Человек превратил рожь в культурное растение за тысячи лет, значительно ограничив её генетическую гибкость. Дикая рожь сегодня обладает не только более разнообразным генетическим составом, но и способна свободнее его рекомбинировать по сравнению с окультуренными сортами. Это показало исследование под руководством Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и Института генетики растений и исследования культурных растений им. Лейбница (IPK), опубликованное в журнале Molecular Biology and Evolution. Результаты объясняют, почему культурная рожь менее устойчива к изменениям, например, климата.
Исследователи изучили свойства и генетический материал 916 диких и одомашненных растений ржи из разных регионов Европы и Азии. Особое внимание уделялось рекомбинирующим областям генома — участкам хромосом, где генетический материал смешивается в процессе деления клеток.
«Процесс рекомбинации играет важную роль в эволюции вида, так как позволяет комбинировать два полезных варианта генов», — объясняет доктор Стивен Драйссиг из MLU.
Больший «ландшафт рекомбинации» означает большую гибкость растений в перекомбинации своего генетического материала.
Однако для ранних земледельцев этот процесс был невыгоден: сельское хозяйство требует однородных растений со стабильными свойствами и генетическим материалом. Ситуацию с рожью усугубляет её зависимость от перекрёстного опыления (в отличие от самоопыляющихся пшеницы или ячменя). Пыльца ржи может переноситься на несколько километров, что позволяет удалённым популяциям обмениваться генетическим материалом.
Зерновые культуры, такие как ячмень или пшеница, начали возделывать около 12 000 лет назад в регионе Плодородного полумесяца на Ближнем Востоке.
«Предполагается, что рожь сначала распространилась в Европу как сорняк и была одомашнена там гораздо позже, поскольку не было мешающих диких разновидностей», — говорит доктор Мартин Машер из IPK.
Новый анализ позволил реконструировать распространение ржи и воссоздать сеть родства от Азии до Центральной Европы. Чем больше расстояние между локациями, тем больше различия в ландшафте рекомбинации растений.
«Мы обнаружили серьёзные различия между культурной и дикой рожью, особенно в нерекомбинирующих областях. У культурной ржи рекомбинирующие области значительно меньше, чем у сорных форм, которые до сих пор встречаются, например, в Турции», — отмечает Драйссиг.
Это преимущество для культурных растений, так как делает желательные признаки (например, прочный колос и крупное зерно) более однородными и контролируемыми. Дикая рожь, напротив, выигрывает от генетической гибкости, позволяя ей лучше реагировать на нарушающие факторы, такие как изменение климата.
Команда также идентифицировала область генома, которая, по-видимому, играет важную роль в гибкости генетического материала, и обнаружила ген, уже известный своим влиянием на рекомбинирующие области у дрожжей.