Эволюция на лозе: история одомашнивания томата в Латинской Америке
Культурный томат (Solanum lycopersicum L. var. lycopersicum, SLL) — одна из самых распространённых овощных культур в мире.
Новое исследование, опубликованное в Molecular Biology and Evolution и финансируемое Национальным научным фондом США, уточнило историю одомашнивания томата.
Двухэтапный процесс
История одомашнивания томата традиционно рассматривается как «двухэтапный» процесс:
- Увеличение размера плода от дикого вида S. pimpinellifolium (SP) с плодами размером с чернику до S. lycopersicum L. var. cerasiforme (SLC) с плодами размером с вишню.
- Дальнейшее увеличение до крупных плодов современного культурного томата (SLL).
Происхождение промежуточной формы SLC
Учёные провели полногеномное секвенирование и анализ популяционной геномики 166 образцов SP, SLC и SLL. Анализ 23 797 503 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) показал:
- SLC возник в Эквадоре как дикий вид более 78 000 лет назад, что намного раньше вмешательства человека.
- Это было событие викариантности, отделившее прибрежные популяции SP от зарождающейся внутренней группы SLC.
Фенотипические изменения
SLL радикально отличается от дикого SP:
- Более толстый перикарп
- Больше камер (locules)
- Ниже сухой вес
- Ниже уровень бета-каротина, растворимых сухих веществ и лимонной кислоты
- Выше уровень яблочной кислоты
Неожиданный поворот при распространении на север
Хотя южноамериканские популяции SLC обладают чертами, сходными с одомашненными, при распространении на север (в Центральную Америку и Мексику) эти признаки ослабели. Северные популяции SLC имеют:
- Меньшие плоды
- Меньше камер
- Тоньше перикарп
- Выше уровень бета-каротина и лимонной кислоты
Именно эти «более дикие» северные группы SLC являются ближайшими родственниками современного культурного томата SLL.
Повторное одомашнивание
Авторы предполагают, что происхождение SLL около 7000 лет назад в Мексике, вероятно, включало повторный отбор (или повторное одомашнивание) признаков из популяции SLC, которая была фенотипически более дикой, чем считалось ранее.
Генетические основы изменений
Геномный анализ выявил гены-кандидаты, ответственные за изменения признаков, в том числе:
- Lin5 — связан с изменением содержания сахара.
- Solyc06g072840 — кодирует белок, индуцируемый перекисью водорода; связан с содержанием яблочной кислоты и входит в сеть коэкспрессии, участвующую в цикле Кребса и производстве лимонной кислоты.
Интенсивность отбора
Происхождение SLC сопровождалось наибольшим количеством предполагаемых селективных свипов (133) по сравнению с другими этапами (происхождение северного SLC: 54 и 91; происхождение SLL: 55). Это указывает на сильнейшее селективное давление при формировании промежуточной формы.
Значение для селекции
Реконструкция истории одомашнивания поможет идентифицировать полезные гены для улучшения агрономических и потребительских качеств современных сортов томата.