Новое исследование, опубликованное на этой неделе, определяет геномные особенности, которые могли сделать возможной одомашнивание кукурузы и соевых бобов, двух наиболее важных видов сельскохозяйственных культур в мире.
Исследование, опубликованное в четверг в рецензируемом академическом журнале Genome Biology, имеет отношение к тому, как ученые понимают одомашнивание или процесс, с помощью которого люди смогли вывести растения с желаемыми характеристиками на протяжении столетий выращивания. Исследователи привлекли огромное количество данных о геномах кукурузы и соевых бобов и сравнили отдельные участки геномов диких видов и домашних сортов, отметив, где геномы расходятся наиболее заметно.
Исследователи Университета штата Айова работали с учеными из Университета Джорджии, Корнеллского университета и Университета Миннесоты. Исследователи изучили более 100 образцов кукурузы в сравнении с теосинте, ее видами-предшественниками. Они также изучили 302 образца из набора данных о диких и одомашненных соевых бобах.
«Мы разделили геномы на определенные участки и сравнили их», - сказал Цзяньмин Юй, профессор агрономии и почетный пионер кафедры селекции кукурузы. «Это свежий взгляд на эволюцию генома и одомашнивание, на который мало кто смотрел. Мы искали «макроизменения» или основные геномные паттерны - и мы их нашли».
Культивирование человеком создало узкое место в генетическом материале, связанном с кукурузой и соей, сказал Ю. Поскольку люди отбирали определенные черты, которые они считали желательными в своих культурах, они ограничивали генетическую изменчивость, доступную в геноме растения. Однако исследователи обнаружили несколько областей в геномах видов, участвовавших в исследовании, где расхождение геномов, по-видимому, концентрировалось..
«Эти паттерны базовых изменений генома дают представление о том, как одомашнивание влияет на генетику видов», - сказал Джинью Ван, первый автор статьи и аспирант агрономии.
Варьирование нуклеотидных оснований между дикими и одомашненными видами оказалось более выраженным в негенных частях геномов или частях геномов, которые не кодируют белки. Исследование также обнаружило большую изменчивость в прицентромерных областях или в областях вблизи центромеры хромосом, а также в областях с высоким уровнем метилирования или областях, в которых к молекуле ДНК добавляются метильные группы. Метилирование может изменить активность сегмента ДНК без изменения его последовательности.
В исследовании изучалось возникновение мутаций в геномах одомашненных культур и их видов-предшественников.
«Теперь мы думаем, что хорошие кандидаты на одомашнивание, такие как кукуруза и соевые бобы, занимают золотую середину в своей готовности к мутациям», - сказал Сяньрань Ли, адъюнкт-профессор агрономии и соавтор исследования. исследование.
«Если нет мутации, то все остается по-прежнему, и у нас нет эволюции», - сказал Ю. «Но слишком много мутаций может уничтожить вид».
Выводы исследования указывают на важные связи между ультрафиолетовым излучением солнца и эволюцией генома. По словам Ю, ультрафиолетовое излучение является естественным мутагеном и оставляет особый след. Авторы исследования обнаружили гораздо больше таких следов у современной кукурузы и соевых бобов, чем у их диких сородичей.
Финансирование исследования поступило от Национального научного фонда, Центра селекции растений Раймонда Ф. Бейкера Университета штата Айова и Института растениеводства ISU.