Изучение предков современного культивируемого картофеля в Северной Америке выявило ряд общих генов и важных генетических путей, которые помогали окорочкам адаптироваться на протяжении тысяч лет. Робин Бьюэлл, профессор биологии растений Фонда штата Мичиган и старший автор статьи, показывает потенциальные генетические ключи, которые могут гарантировать процветание урожая в будущем.
«Во всем мире картофель является третьей по важности культурой, выращиваемой для непосредственного употребления в пищу, однако селекционеры изо всех сил пытались вывести новые сорта, которые превосходят те, которые были выпущены более века назад», — сказал Бьюэлл. «Анализируя культурный картофель и его диких родственников с использованием современных подходов к геномике, мы смогли выявить ключевые факторы, которые могут решить проблему продовольственной безопасности в сельском хозяйстве 21 века».Культурный картофель, одомашненный из диких видов Solanum, генетически более простого диплоидного (содержащего два полных набора хромосом) вида, можно проследить до Андских гор в Перу, Южная Америка.
Хотя точные пути миграции картофеля неизвестны, окорочка в основном распространилась по всему миру с момента своего одомашнивания около 8-10 тысяч лет назад. Когда картофель был доставлен из более экваториальных регионов Перу и Боливии в южные части Южной Америки, он стал адаптироваться к более длинным летним дням в Чили и Аргентине.Один из известных аспектов заключается в том, как испанские конкистадоры завозили картофель по возвращении из своих южноамериканских подвигов на европейский континент, где картофель был быстро адаптирован в качестве основной культуры.
Путешествуя из Европы в Северную Америку, исследователи также принесли в новый мир картофель.Научный исследователь Майкл Хардиган, ранее работавший в МГУ, а ныне работавший в Калифорнийском университете в Дэвисе, возглавлял группу ученых из Политехнического института и государственного университета МГУ, Вирджинии. Вместе они изучали дикие, местные сорта (южноамериканский картофель, выращиваемый местными фермерами) и современные сорта, разработанные селекционерами.
Результат, опубликованный в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences, стал крупнейшим на сегодняшний день исследованием повторного секвенирования сельскохозяйственных культур.Он не только включал существенное повторное секвенирование картофеля, но и затронул один из самых разнообразных геномов сельскохозяйственных культур. Современная окорочка, которую можно найти на сегодняшних кухнях, представляет собой генетически сложный тетраплоидный картофель, имеющий в четыре раза больше обычных хромосом. Сложный геном картофеля содержит около 39 000 генов. (Для сравнения, геном человека включает примерно 20 000 генов.)
Из большого генофонда исследователи идентифицировали 2622 гена, которые привели к раннему улучшению урожая при первом одомашнивании. Исследование опубликовано в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.
По словам Буэлла, изучение спектра разнообразия генов, от его дикого прошлого до культивируемого настоящего, может стать важным источником неиспользованного адаптивного потенциала.«Мы сможем идентифицировать и изучать исторические интрогрессии и события гибридизации, а также находить целевые гены во время одомашнивания, которые контролируют вариативность сельскохозяйственных признаков», — сказала она. «Многие из них помогают сосредоточиться на адаптации к разным климатическим условиям, отражении различных патогенов или повышении урожайности, что, как мы надеемся, лучше понять для улучшения будущих селекционных усилий».
Например, дикий картофель размножается ягодами и семенами. Культурный картофель бесполый и является пищей и семенами одновременно. (Любой, кто слишком долго оставлял картофель в темной кладовой, убедился в этом не понаслышке.)Исследователи представляют доказательства наличия признаков отбора в генах, контролирующих это изменение. Они также пролили свет на роль диких видов в генетических путях борьбы с вредителями и переработки сахара в пищу.
Погрузившись в несколько малоизвестную территорию, они рассмотрели потенциальные генетические источники, контролирующие циркадный ритм; да, у растений также есть 24-часовые часы, контролирующие биологические процессы.«Мы знали об их физиологических особенностях, но не знали, какие гены были задействованы», — сказал Бьюэлл. «Когда картофель был перемещен, ему пришлось адаптироваться к более длинным дням, большему количеству часов солнечного света.
Теперь мы начинаем понимать, что происходит на генетическом уровне и как дикие виды Solanum превратились в тетраплоидный картофель, адаптированный к долгому дню».