В течение многих тысячелетий люди превратили рожь в культурное растение. При этом они значительно ограничили его генетическую гибкость. Сегодня дикая рожь не только имеет более разнообразный генетический состав, но и способна рекомбинировать его более свободно, чем ее одомашненные собратья. Исследовательская группа под руководством Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU) и Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница (IPK) продемонстрировала это в новом исследовании, опубликованном в научном журнале Molecular Biology and Evolution. Результаты также объясняют, почему культурная рожь менее устойчива, чем дикие виды, к таким изменениям, как изменение климата.
В своем исследовании команда изучила различные свойства и генетический материал 916 диких и одомашненных растений ржи из разных регионов Европы и Азии. Их особенно интересовали так называемые рекомбинирующие области ржи. По сути, это описывает, как часто генетический материал в растении смешивается вдоль хромосомы во время клеточного деления. «Процесс рекомбинации играет важную роль в эволюции вида, потому что он позволяет объединить два полезных варианта генов», — объясняет доктор Стивен Драйссиг из MLU. При этом полезные варианты также можно отделить от менее полезных. Чем больше ландшафт рекомбинации, тем больше растений способны гибко рекомбинировать свой генетический материал.
Однако для первых земледельцев этот процесс был невыгоден: сельское хозяйство опиралось на однородные растения с более или менее одинаковыми свойствами и одинаковым генетическим материалом. В случае ржи, говорит Дрейссиг, положение усугубляется тем, что растения зависят от перекрестного опыления; в отличие от ячменя или пшеницы, они не могут самоопыляться. «Пыльца ржи может перемещаться на расстояние до нескольких километров. Это позволяет популяциям, разделенным в пространстве, оставаться в контакте и обмениваться генетическим материалом», — говорит Драйссиг.
Люди начали выращивать злаки, такие как ячмень или пшеница, около 12 000 лет назад. Большинство сортов, созданных сегодня, происходят из региона Плодородного полумесяца на Ближнем Востоке. «Предполагается, что рожь сначала распространилась в Европе как сорняк и могла быть одомашнена там гораздо позже, потому что там не было тревожных диких сортов», — говорит доктор Мартин Машер из IPK, который также является членом Немецкого центра интегративного биоразнообразия. Исследования (iDiv) Галле-Йена-Лейпциг.
Их новый анализ позволил исследователям реконструировать распространение ржи и воссоздать сеть родства от Азии до Центральной Европы. Чем шире расстояние между отдельными местонахождениями, тем больше различий в рекомбинационном ландшафте растений. «На самом деле мы обнаружили серьезные различия между одомашненной и дикой рожью, особенно в нерекомбинирующих областях. У культивируемой ржи области рекомбинации значительно меньше, чем у сорных растений, таких как те, которые до сих пор встречаются в Турции», — говорит Драйссиг. Это выгодно для культурных растений, потому что делает растения с желаемыми свойствами, например, крепкими початками и крупными зернами, более однородными и управляемыми. Дикая рожь, с другой стороны, выигрывает от этой генетической гибкости, которая позволяет ей лучше реагировать на факторы беспокойства,
Команда также определила область гена, которая, по-видимому, играет важную роль в гибкости генетического материала. При этом они также обнаружили ген, который, как уже было известно, влияет на области рекомбинации в дрожжах.