Любите кукурузу? Спасибо скрещиванию!

Эта культура хорошо смешивалась с другими, чтобы выжить и распространиться.

История кукурузы — это вовсе не скучная банальщина. Это рассказ о стойкости и выживании — и всё потому, что маис был эгоистичным (генетически). Кукуруза и её многочисленные разновидности быстро адаптировались к нескольким типам климата на протяжении тысячелетий, кормя бесчисленные поколения людей в Америке. Сейчас группа учёных полагает, что причиной этой быстрой эволюции мог быть генетический процесс, называемый эгоистичным наследованием. Результаты исследования опубликованы 7 августа в журнале Nature, и они могут найти применение не только в сельском хозяйстве.

Около 9000 лет назад кукуруза была впервые одомашнена коренными народами на низменностях Мексики. Примерно 5000 лет спустя она скрестилась с другим видом с мексиканских высокогорий — теосинте мексиканской (teosinte mexicana). Это скрещивание привело к появлению холодоустойчивости, и культура быстро распространилась по континенту. Учёные до сих пор не совсем уверены, как ей удалось добиться этого так быстро.

«Цивилизации зависят от одомашнивания основных сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, и, как и люди, культуры часто проходят через несколько этапов эволюции. Например, современные люди скрещивались с неандертальцами в Европе и денисовцами в Азии, — рассказывает Popular Science соавтор исследования, генетик из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) Роб Мартинссен. — Современная кукуруза скрещивалась с теосинте мексиканской всего 4000 лет назад и приобрела множество полезных генов за очень короткое время».

Мартинссен изучает РНК-интерференцию — процесс, при котором малые РНК «заглушают» гены и могут управлять их экспрессией. Генетик из Университета Висконсина Джерри Кермикл обратился к Мартинссену с любопытным наблюдением. Скрещивая полустерильные гибриды теосинте с традиционной кукурузой, он заметил, что их потомство ведёт себя необычно. При нормальном наследовании потомство со временем должно было стать либо полностью стерильным, либо полностью фертильным. Однако каждый раз, когда Кермикл скрещивал гибриды с кукурузой, всё полученное потомство оказывалось полустерильным. Возможно, разгадка кроется в некотором эгоизме.

Ранее учёные считали, что эгоистичные генетические системы, или драйверы генов, довольно редко встречаются в природе.

«Обнаружение такой системы у кукурузы позволило предположить, что [драйверы генов] могли сыграть важную роль в загадочном происхождении маиса», — говорит Мартинссен.

В новом исследовании Мартинссен и аспирант CSHL Бен Берубе секвенировали геномы сотен пыльцевых зёрен полустерильного потомства. Они обнаружили, что в каждом из них присутствуют одни и те же фрагменты генома теосинте — один на 5-й хромосоме и один на 6-й. Эти фрагменты наследовались постоянно, значит, гены, ответственные за такой результат, должны находиться где-то рядом с этими хромосомами.

Они внимательнее изучили 5-ю хромосому и обнаружили ген под названием Dicer-like 2. Этот ген производит группу малых РНК, которые всегда присутствуют в полустерильных гибридах, но отсутствуют в традиционной кукурузе. Эти данные позволили команде идентифицировать «эгоистичную» генетическую систему, которую они назвали драйвером пыльцы теосинте (Teosinte Pollen Drive). Эта «жадная» система уничтожает конкурирующие пыльцевые зёрна, в которых нет данного драйвера. В результате гибриды кукурузы и теосинте передают определённые признаки потомству чаще через мужскую линию (пыльцу), чем через женскую.

«Самым удивительным открытием стало то, что современная кукуруза приобрела «иммунитет» к этому эгоистичному наследованию благодаря мутации одного гена в пыльце. Эту мутацию можно проследить от диких злаков через тропическую кукурузу и попкорн вплоть до современной кукурузы, — отмечает Мартинссен. — Это говорит о том, что эгоистичная генетическая система была активна в течение длительного периода времени».

Полученные данные могут иметь широкие последствия для сельского хозяйства, а также проливают свет на процесс одомашнивания всего живого. Если теосинте мексиканская — то, что Мартинссен называет «неандертальцем кукурузы» из-за её способности к скрещиванию, — то мы, возможно, нашли недостающее звено в этом эгоистичном драйвере генов, которое объясняет, как кукурузе удалось процветать по всей Америке. Это также может объяснить, почему некоторые малые РНК так распространены в сперматозоидах растений и животных, включая человека.

«Фундаментальные открытия в биологии растений могут иметь значение, далеко выходящее за рамки сельского хозяйства. Малые РНК, которые мы описали в пыльце кукурузы, являются мощными агентами наследования и эволюции, и подобные малые РНК обнаруживаются в сперматозоидах животных, включая нас самих, — говорит Мартинссен. — Вполне возможно, что они играли схожие роли в одомашнивании животных и, возможно, даже в эволюции человека».

Laura Baisas “Love corn? Thank interbreeding”

Перевод статьи «Love corn? Thank interbreeding» автора Laura Baisas, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык