Исследователи из Института Бойса Томпсона (BTI) упорно трудились, чтобы раскрыть тайны эволюционной истории яблока, и новая публикация на этой неделе в Nature Communications раскрывает удивительные идеи генетического обмена, который принес нам сегодняшнее современное домашнее яблоко Malus domestica.В сотрудничестве с учеными из Корнельского университета и Шаньдунского сельскохозяйственного университета в Китае исследователи секвенировали и сравнили геномы 117 различных образцов яблони, включая M. domestica и 23 диких вида из Северной Америки, Европы, Восточной и Центральной Азии.Сказка о двух дорогах
Самый захватывающий результат этого геномного сравнения — исчерпывающая карта эволюционной истории яблока. Предыдущие исследования показали, что обыкновенная яблоня Malus domestica произошла от дикой яблони в Центральной Азии, Malus sieversii, при участии яблони вдоль Великого шелкового пути, когда она была завезена на запад в Европу.С результатами этого нового исследования исследователи смогли увеличить карту для лучшего разрешения. «Мы сузили происхождение домашних яблок от очень обширной Центральной Азии до области Казахстана к западу от горы Тянь-Шань», — пояснил Чжанцзюнь Фэй, профессор BTI и ведущий автор этого исследования.Помимо точного определения происхождения западного яблока, авторы были рады обнаружить, что первое одомашненное яблоко также отправилось на восток, скрещиваясь с местными дикими яблоками по пути, давая предков мягких десертных яблок, выращиваемых сегодня в Китае.
«Мы указали два основных эволюционных маршрута, западный и восточный, вдоль Шелкового пути, обнаруживая изменения качества фруктов на каждом этапе пути», — резюмировал Фэй.Хотя дикие M. sieversii произрастают к востоку от горы Тянь-Шань, в регионе Синьцзян в Китае, этот экотип никогда не культивировался и не способствовал появлению восточного одомашненного гибрида. Вместо этого он оставался изолированным все эти столетия, сохраняя разнообразие разнообразия, но не использованное человеческим отбором.
Первый автор Ян Бай заметил: «Это скрытая жемчужина, которую селекционеры могут исследовать дальше».Кислая (но твердая) сторона истории
Когда яблоко путешествовало на запад по Шелковому пути в руках путешественников, деревья росли из упавших семян и скрещивались с другими дикими сортами яблонь, включая невероятно кислую европейскую яблоню Malus sylvestris. Кислый вкус яблочных яблок однажды был описан Генри Дэвидом Торо как «достаточно кислый, чтобы вызвать у белки острые зубы и заставить сойку кричать».Авторы обнаружили, что M. sylvestris внесла настолько большой вклад в геном яблока, что современное яблоко на самом деле больше похоже на кислое яблоко, чем на своего казахстанского предка, M. sieversii.«У предкового вида, Malus sieversii, плоды обычно намного больше, чем у других диких яблок.
Они также мягкие и имеют очень простой вкус, который людям не очень нравится», — заметил Бай.Гибридизация древних культивируемых яблок и M. sylvestris, сопровождаемая обширным человеческим отбором, дала нам новые яблоки, которые стали крупнее и полнее по вкусу и с хрустящей твердостью, что продлило срок их хранения.
Далее Бай пояснил: «Современные одомашненные яблоки имеют более высокое и хорошо сбалансированное содержание сахара и органических кислот. Именно поэтому яблоко стало популярным и любимым фруктом».Значительное открытие с большим потенциаломВозможно, яблоки в наши пироги приобрели новый вкус и консистенцию, но размер тоже имеет большое значение.
В селекции сельскохозяйственных культур одним из наиболее желательных признаков является более крупный плод или семя. Почти во всех случаях одомашнивания плодов у дикого предка были крошечные плоды, которые превратились в своего большого питательного аналога в результате многовековой селекции. Например, одомашненный помидор как минимум в 100 раз крупнее своих диких сородичей.
«Это не совсем верно для яблока. Его одомашнивание началось с плодов среднего и крупного размера», — утверждает Бай. «У него большой потенциал для дальнейшего увеличения размера плодов в программах селекции».Сравнивая множество разных геномов яблока, исследователи смогли найти доказательства, подтверждающие два разных эволюционных шага, способствующих увеличению размера яблока — один до и один после одомашнивания.
Большой размер Malus sieversii по сравнению с другими дикими яблоками дал ему большое преимущество для одомашнивания. Он уже развился до подходящего размера еще до того, как его начали выращивать, что, вероятно, сделало его более привлекательным для производителей, которым тогда не нужно было бы тратить много усилий на выбор более крупных плодов.Такое отсутствие отбора по размеру также означает, что гены, ответственные за увеличение размера, все еще сохраняют изменчивость, которая имеет потенциал для будущего отбора. Но это также может затруднить идентификацию генов, связанных с размером.
Несмотря на это, обширный охват нового исследования позволил ученым идентифицировать несколько генетических маркеров, лежащих в основе увеличения размера плодов, что является отличной новостью для селекционеров, которые могут захотеть еще больше увеличить обхват яблока.Яблоко (геном) падает далеко от дерева
В то время как потребители могут просить яблоки лучшего качества, селекционеры сталкиваются с трудностями, когда дело доходит до полировки свойств яблока. Одна из основных проблем заключается в том, что яблоко не может самоопыляться. Он может скрещиваться только с другими сортами, привнося слишком много генетической изменчивости с каждым поколением.
В то время как генетические изменения необходимы для корректировки интересующей черты, слишком большое изменение приведет к корректировке всего. В сочетании с несколькими годами, необходимыми для перехода от семени яблока к плодам, это делает селекцию по желаемым качествам сложной задачей.«Области генома и гены-кандидаты, отобранные человеком для определенного признака, идентифицированного в этом исследовании, будут очень полезны и вдохновляют заводчиков, работающих над тем же признаком», — заявил Фэй, который ожидает, что результаты этого исследования «улучшат скорость и точность «выбора с помощью маркера» в яблоке ».Теперь, когда имеется обширная и разнообразная коллекция репрезентативных геномов яблок, тщательный и тщательный анализ позволил группе Фэя выделить важные генетические маркеры, которые значительно помогут селекционерам в их поисках лучших яблок — будь то устойчивость к болезням, срок годности, вкус и т.д. или даже размер.
Когда ее спросили, насколько большим, по ее мнению, может стать яблоко в результате размножения, Бай ответила, подмигивая ей: «Что ж, в моем безумном воображении, может быть, однажды оно станет большим, как арбуз».