Новое исследование, в котором изучается генетика горького вкуса некоторых растений сорго и одного из самых ненавистных видов птиц Африки, показывает, как человеческая генетика, сельскохозяйственные культуры и окружающая среда влияют друг на друга в процессе одомашнивания растений.
Исследование распутывает эти факторы, чтобы создать более полный взгляд на одомашнивание сельскохозяйственных культур, чем это возможно для других основных культур, сказал Сяньран Ли, адъюнкт-профессор агрономического факультета Университета штата Айова и соответствующий автор статьи. В исследовании, недавно опубликованном в научном журнале Nature Plants, рассматривалось, как генетика человека и присутствие видов птиц, питающих вкус к семенам сорго, могли повлиять на черты, которые фермеры в Африке отбирали для своих культур на протяжении тысячелетий. По словам Ли, уникальное географическое распространение в Африке растений сорго, содержащих конденсированные танины или биомолекулы, которые часто вызывают горький вкус, стало одной из сторон «треугольника одомашнивания», который помог исследователям собрать воедино загадку одомашнивания.
«Это систематический взгляд, который дает нам полную картину одомашнивания», - сказал он. «Рассмотрение всего лишь одного компонента говорит нам только часть истории».
Сорго - злаковая культура, впервые окультуренная в Африке, которая остается основным продуктом питания на всем континенте. Исследователи отметили, что сорта сорго с высоким содержанием танинов обычно произрастают в восточной и южной Африке, в то время как западноафриканские фермеры предпочитают сорта с низким содержанием танинов. Напротив, процессы одомашнивания на других континентах удалили конденсированные танины из большинства других зерновых культур, таких как пшеница, рис и кукуруза, из-за горького вкуса, который они производят.
Но фермеры в Южной и Восточной Африке выращивают много сортов, которые сохранили танин, что может показаться загадочным решением, учитывая вкус и неблагоприятную пищевую ценность. Ли сказал, что конденсированные танины, вероятно, были сохранены в качестве защитного механизма от красноклювой келеи, вида птиц, иногда называемого «пернатой саранчой», который может ежегодно причинять до 50 миллионов долларов экономических потерь в Африке из-за поедания сельскохозяйственных культур. Ли и его соавторы обнаружили, что распространение сортов сорго с танином соответствует районам с популяциями красноклювой келеи.
Они также изучили общедоступную информацию о генотипах населения Африки и обнаружили ассоциированное распространение вкусового рецептора TAS2R среди африканцев в регионах, где обычно выращивают сорго с танином. Вкусовые рецепторы - это молекулы, которые облегчают восприятие определенных вкусов, и особенности распределения TAS2R могут сделать людей, живущих в этих регионах Африки, менее восприимчивыми к горькому вкусу, вызываемому танином.
Ли назвал это уникальное взаимодействие между танином сорго, человеческими вкусовыми рецепторами и травоядными птицами уникальным треугольником, который предлагает уникальное понимание одомашнивания сельскохозяйственных культур. И, поскольку конденсированные дубильные вещества были получены из других зерновых культур, такие исследования возможны только с сорго, сказал он.
«Наше исследование выявило совместную эволюцию между людьми, растениями и окружающей средой, связанную конденсированными танинами, - первый пример треугольника одомашнивания», - сказал Ли. «Концепция треугольника одомашнивания была предложена ранее и общепринята. Обнаружение конкретного случая, особенно с некоторыми молекулярными доказательствами, очень интересно. Мы думаем, что это исследование может помочь раскрыть будущие случаи».
Чтобы прийти к своим выводам, исследовательская группа выращивала сорта сорго с танином и без него и анализировала общедоступные наборы данных о генетике человека и популяциях диких птиц в Африке, чтобы понять, как эти факторы взаимодействуют друг с другом, влияя на одомашнивание сорго. в Африке. Эксперименты с сорго, выращенным в Айове, показали, что воробьи будут питаться семенами растений без танина, но оставили в покое сорта, содержащие танин, подкрепив концепцию о том, что травоядные, угрожающие посевам сорго, предпочитают сорта, не содержащие танина.
«Все открытие было вызвано любопытством после того, как мы заметили неожиданное повреждение воробьев на нашем поле сорго», - сказал Цзяньмин Юй, профессор агрономии и почетный пионер кафедры селекции кукурузы. «Мы действительно понятия не имели, что наш проект клонирования генов, направленный на поиск пары взаимодействующих генов, лежащих в основе танинов сорго, приведет к такому открытию».