В новой статье, опубликованной в журнале Molecular Biology and Evolution, ученые из Королевских ботанических садов, Кью и партнеры из Великобритании, Германии и США расшифровали геном самого старого в мире растения, используя семена арбуза эпохи неолита, собранные на археологическом участке в пустыне Сахара в Ливии.
Исследование объединило аспекты археологической основы с передовыми исследованиями в области геномики, чтобы пролить новый свет на одомашнивание арбуза и на то, как наши предки потребляли древних родственников популярного фрукта. Удивительно, но данные свидетельствуют о том, что ливийцы эпохи неолита имели вкус к арбузным семечкам — местному деликатесу, потребляемому до сих пор, — но избегали горькой на вкус мякоти плода.
По оценкам, ежегодно в мире производится более 200 миллионов тонн одомашненного арбуза (Citrullus lanatus), причем эта культура входит в десятку самых важных культур в Центральной Азии. Принято считать, что плоды с красной мякотью произошли из Африки, где близкий родственник (C. lanatus subsp. Cordophanus), скорее всего, был впервые одомашнен в долине Нила и на территории современного Северного Судана. Но обнаружение в начале 1990-х годов предполагаемых семян арбуза в неолитическом городище Уан Мухаггиаг в Ливии продолжало озадачивать ученых.
Чтобы лучше понять путь арбуза от дикого растения до одомашненной культуры, исследователи собрали и проанализировали десятки семян арбузов и родственников арбузов из коллекций гербария RBG Kew. Они также получили и изучили окаменелости семян из Ливии и Судана, датированные радиоуглеродом (C-14) более чем 6000 и 3000 лет назад соответственно.
Доктор Сюзанна С. Реннер из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, которая вместе с доктором Гийомом Хомицки из Шеффилдского университета руководила исследованием, сказала: «Морфология семян, особенно древних семян, была просто недостаточной, чтобы надежно определить, какие виды неолитических использовали поселенцы в Ливии».
Ученые смогли разгадать тайну, проанализировав геном семян и восстановив длинные участки по всем хромосомам — возможно, это самый старый геном, когда-либо зарегистрированный с такими подробностями у растения, возраст которого был подтвержден с помощью анализа радиоуглеродного датирования. Они также секвенировали геномы десятков образцов арбузов из коллекции Гербария Кью, некоторые из которых были впервые собраны в начале 19 века.
Результаты исследования показывают, что ливийцы эпохи неолита собирали или даже выращивали горькие на вкус сорта арбузов вместо сегодняшних сладких на вкус. Это новое понимание согласуется со следами зубов, обнаруженными на некоторых из самых старых семян, собранных в Судане доктором Филиппой Райан, исследователем с докторской степенью в Кью и соавтором исследования.
До анализа генома исследователи не могли отличить ливийские образцы от других семи известных видов рода Citrullus. Их молекулярные результаты теперь показывают, что семена произошли от родственника арбуза, известного как арбузы Эгуси (Citrullus mucosospermus) из Западной Африки. Эти фрукты горькие и несъедобные, если их есть в сыром виде из-за химического вещества кукурбитацина в их мякоти, и вместо этого их собирают для получения семян, которые используются в западноафриканских тушеных блюдах и супах, похожих по размеру и вкусу на тыквенные семечки.
Райан сказал: «Большим сюрпризом было обнаружить, что вместо древнего арбуза ливийское семя было совершенно другим одомашненным цитруллом, в то время как суданское семя периода фараонов имело ядерную ДНК как горького эгуси, так и сладкого арбуза. … Это говорит о том, что в более поздний период в долине Нила из-за семян выращивали интересную смесь одомашненных сортов Citrullus — наряду, предположительно, со сладким арбузом».
Лучше поняв генетический состав этих древних фруктов, исследователи надеются нарисовать более четкую картину одомашнивания арбузов. Но исследование имеет и более далеко идущие и современные последствия. Изучение обмена генами на протяжении тысячелетий может помочь ученым выявить благоприятные генетические черты, повышающие устойчивость к засухе, болезням и вредителям.
Доктор Оскар А. Перес Эскобар, руководитель исследовательской группы Объединенной группы монографии Кью и первый автор, сказал: «Это выдающееся достижение — узнать так много о тайной прошлой жизни этих древних семян через их ДНК. Без этого генетического кода, который нам удалось получить очень подробную информацию, мы не могли бы обнаружить, что большая часть ДНК этих семян восходит к тыкве Egusi (C. mucospermus), а не к сладкому арбузу. Другое поразительное открытие, полученное через их ДНК, заключается в том, что эти древние семена Арбуз Эгуси, вероятно, гибридизировался и обменялся генами со сладкими арбузами тысячи лет назад, хотя нам до сих пор неизвестна направленность такого потока генов».
Исследование проводилось в сотрудничестве с доктором Гийомом Хомицки из Шеффилдского университета и профессором Сюзанной С. Реннер из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, а также с исследовательской группой Antonelli Lab, экспертами в области эволюционной биологии и биогеографии.
Перес Эскобар сказал: «Наше исследование является прекрасным примером того, что могут сделать коллекции растений, представляющие тысячи лет эволюционной и культурной истории, когда они используются в междисциплинарных исследованиях. сохранялись на протяжении тысячелетий, включая обмен генами через поколения, представляет интерес для программ улучшения урожая сладких арбузов всякий раз, когда ищутся определенные гены, например, устойчивость к болезням и вредителям».
