Исследователи из Оксфордского университета сделали «генетический снимок» кукурузы в том виде, в каком она существовала 10 миллионов лет назад, когда растение удвоило свой геном — событие «дупликации всего генома». Затем они проследили, как кукуруза эволюционировала, чтобы использовать эти «скопированные» гены, чтобы справиться с давлением одомашнивания, которое началось около 12000 лет назад. Они обнаружили, что эти скопированные гены были жизненно важны для оптимизации фотосинтеза в листьях кукурузы и что первые фермеры, отобранные для них, «подпитывали» превращение кукурузы в высокоурожайную культуру.
Отчет об исследовании опубликован на этой неделе в журнале Genome Research.«Хотя случаи дупликации всего генома широко распространены у растений, найти доказательства того, как именно растения используют этот новый« набор инструментов »скопированных генов, очень сложно», — сказал доктор Стив Келли из Отделения наук о растениях Оксфордского университета, ведущий автор отчета. «С такими культурами, как пшеница, мы еще не можем разгадать« до и после »связанных генетических изменений, но с кукурузой мы можем проследить, как эти генные копии были сначала получены, затем задействованы и, наконец,« уничтожены » создать современный кукурузный завод, выращиваемый сегодня ».
Это особенно полезно для такой генетической детективной работы, когда близкие родственники кукурузы не дублировали свои геномы 10 миллионов лет назад: те, у которых сохранилась единственная копия, впоследствии стали растением, которое мы теперь знаем как сорго. Это позволило исследователям сравнить генетические данные от этих «дублированных» и «недублированных» потомков древней кукурузы, что пока невозможно с другими дублированными культурами, такими как пшеница.
В дикой природе растениям приходится преодолевать проблемы, создаваемые патогенами и хищниками, чтобы выжить. Однако, как только приручение человеком началось, растения начали выращивать, поскольку сельскохозяйственные культуры должны были справляться с новым набором давления искусственного отбора, таким как обеспечение высокой урожайности и большей устойчивости к стрессу.
«Дублирование всего генома является ключевым фактором, позволяющим растениям развивать новые способности», — сказал доктор Келли. «Понимание полной траектории дупликации и того, как скопированные гены могут трансформировать растение, актуально для текущих усилий по повышению фотосинтетической эффективности сельскохозяйственных культур, таких как проект C4 Rice Project [c4rice.irri.org/]. Наше исследование является отличным доказательством того, что оптимизация фотосинтеза действительно важна для создания высокоурожайных культур, и показывает, как человеческий отбор «вылепил» копии генов, чтобы создать один из основных источников пищи в мире ».