Удобная еда, которую мы знаем и любим сегодня, поскольку картофель был одомашнен между 8 000 и 10 000 лет назад из дикого вида, произрастающего в Андах на юге Перу. Считается, что в 16 веке испанские конкистадоры перевезли грубый корнеплод через Атлантику.
Теперь группа исследователей наметила эту родословную, чтобы узнать, как картофель был одомашнен и как со временем эволюционировала его ДНК.
«Мы секвенировали геномы, или генетический код, картофеля, произрастающего в Южной Америке - Перу, Боливии и Эквадоре», - сказал Ричард Вейе, заведующий кафедрой садоводства Технического колледжа Вирджинии. Сельское хозяйство и науки о жизни и профессор Джулиан и Маргарет Гэри.«Вы видите радугу картофеля на континенте. Вопрос о том, как он переместился и был одомашнен, обсуждался в течение многих лет».
Вейе и его аспирант Паркер Леймбир, докторант в области садоводства из Раппаханнока, штат Вирджиния, сотрудничали с коллегами из Мичиганского государственного университета, включая К. Робина Бьюэлла, профессора биологии растений, и Майкла Хардигана, бывшего аспирантом-исследователем, а в настоящее время научным сотрудником с докторской степенью в Калифорнийском университете в Дэвисе, чтобы провести проект генома растений в ответ на возможность финансирования Национальным научным фондом. Их работа была недавно опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
«Результаты улучшают наше понимание того, как был одомашнен картофель и какие гены важны. Мы также определили потенциальные гены, которые можно улучшить в будущем, и показали, как высокопроизводительное секвенирование генома дает новые инструменты», - сказал Вейе.
Чтобы узнать больше об этой культуре, третьей по значимости культуре, выращиваемой для непосредственного потребления человеком, команда изучила дикие и культурные виды, в том числе картофель с южноамериканских рынков, местные североамериканские сорта и наземные сорта, которые культивируется картофель, аналогичный семейным сортам.
Затем, используя современные геномные подходы, исследователи стремились получить представление о геномном разнообразии, выявить исторические случаи гибридизации и идентифицировать гены, на которые нацелены во время одомашнивания, которые контролируют изменчивость сельскохозяйственных признаков - все это жизненно важно для продовольственной безопасности..
"Что делает картофель сложным, так это то, что он не размножается", - сказал Вейе. «Если вы посадите семена, вы получите меньше, чем изначально».
Другое изменение, которое сопровождало одомашнивание картофеля, - это снижение фертильности пыльцы. В то время как дикие виды должны быть плодородными, чтобы распространять семена, культивируемые виды растут из клубней. Эта неуместность атрофировала плодовитость вида, и эффект можно было наблюдать на геномном уровне.
The Russet Burbank, мутант картофеля Burbank, был выпущен в 1902 году. На сегодняшний день этот сорт остается самым популярным в США, что подчеркивает давнее отсутствие прогресса в селекции картофеля.
Тем не менее, попытки лучше понять генетический состав картофеля были сопряжены с проблемами, не последней из которых является привычка культуры поддерживать четыре копии каждого гена.
Veilleux и Laimbeer изучали вариации числа копий - множественные копии генов в одном и том же организме. В процессе селекции множественные копии последовательности ДНК дублируются или удаляются не только у картофеля, но и у всех видов растений и животных. Когда организм рождается, изменения в результате мейоза производят разные копии разных частей генома. Этот несовершенный процесс допускает мутации и дополнительную ДНК. В некоторых случаях дополнительные копии ДНК могут быть полезными, приводя к увеличению генетической изменчивости, и вредны в других, приводя к болезни.
«Из-за генетической сложности картофеля мы не смогли бы провести это исследование без доступа к секвенированному геному картофеля», - сказал Леймбир. «Секвенированный геном позволяет нам сравнивать весь другой картофель с этим чертежом».
Так случилось, что Вейе и Бьюэлл были частью Консорциума по секвенированию генома картофеля, состоявшего из почти 100 ученых, которые секвенировали первый в мире геном картофеля. Секвенирование генома картофеля, опубликованное в 2011 году, было основано на наличии «удвоенного моноплоида» картофеля, называемого DM, разработанного в лаборатории Veilleux. Относительная генетическая простота клубня по сравнению с коммерческим картофелем упростила его секвенирование с использованием доступной технологии секвенирования нового поколения. Последовательность DM продолжает служить эталонным геномом для картофеля.
«Мы сопоставили геномы каждого картофеля, который мы изучали, с картофелем DM», - сказал Лаймбир. «Теперь мы можем видеть картинку на коробке, когда собираем каждый пазл генома картофеля. Это имеет смысл».
Вклад исследовательской группы в лучшее понимание генетической схемы клубня может помочь производителям перейти к успешной схеме селекции, которая позволит производить желаемые сорта. Например, производители картофельных чипсов очень избирательны в отношении того, какие сорта картофеля они используют. Идеальные образцы закусок требуют идеального содержания крахмала, чтобы при жарке они имели правильный цвет и текстуру. Картофель также должен быть правильной формы, с мелкими глазками, чтобы его можно было пройти через измельчители.
Благодаря Veilleux и Laimbeer скоро будет легче вывести идеальные картофельные чипсы или получить желаемые признаки, такие как повышенная устойчивость к болезням у диких или примитивных видов. Существующие естественные популяции, по их мнению, представляют собой важный источник неиспользованного адаптивного потенциала.
Осторожно, Рассет Бербанк, скоро могут появиться новые сорта, конкурирующие за лучший картофель.