Более 150 лет назад увлечение Чарльза Дарвина генетикой и одомашниванием толкнуло научный мир на новую территорию, когда ученые начали задаваться вопросом: как вид эволюционировал таким образом?
В исследовании, опубликованном в журнале Plants People Planet, группа исследователей из Технологического института Вирджинии обнаружила, что за 200 лет выращивания и одомашнивания флористическая глоксиния Sinningia speciosa достигла огромного уровня фенотипической или физической изменчивости. и происходит от одной популяции основателей.
Отличительной чертой здесь является то, что на ранних стадиях одомашнивания мы наблюдаем увеличение фенотипической изменчивости, но общее снижение генетической изменчивости. Так что это парадокс - и мы сделали его еще более парадоксальным, потому что мы повторно показывает, что все эти фенотипические вариации произошли от одной исходной популяции», - сказал Томас Хасинг, ведущий автор и аспирант Школы растений и наук об окружающей среде Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни.
Глоксиния Флориста, вид, первоначально задокументированный самим Дарвином, был завезен в Англию в 18 веке. С тех пор селекционеры вывели сотни сортов, намеренно отбирая нужные признаки. В течение 200 лет - всего лишь мгновение эволюционного ока - глоксиния цветоводов достигла того же уровня фенотипической изменчивости, что и львиный зев, Antirrhinum spp. Однако львиный зев выращивают уже 2000 лет.
Глоксиния Флориста представляет собой явный синдром одомашнивания и богатое фенотипическое разнообразие. Мы уже знали, что у него небольшой и простой геном, но сложность его происхождения была загадкой, которую нам нужно было разгадать, прежде чем мы начнем использовать его в качестве модели», - сказал Аурелиано Бомбарели, бывший доцент Школы растений. и наук об окружающей среде. В 2014 году он предложил использовать этот вид в качестве модели для изучения эволюции генома во время одомашнивания.
Чтобы учесть основные эстетические изменения растения за такой короткий период времени, команда исследователей ожидала, что глоксиния цветоводов была скрещена с другими видами в какой-то момент ее истории. Они использовали сокращенную репрезентативную секвенирование генома, чтобы проследить происхождение растения до его родного дома в Рио-де-Жанейро, Бразилия, но не нашли доказательств гибридизации, что указывает на то, что большинство разновидностей цветочных глоксиний происходит от одной популяции-основателя, находящейся за пределами город.
Открытие единственной популяции-основателя объясняет, почему цветочные глоксинии имеют такую низкую генетическую изменчивость - выращивание растений в неволе позволяет селекционерам выбирать различные физические признаки, такие как цвет, форма или размер, и очищать популяцию от нежелательных генетических вариаций. Когда возникают полезные мутации, селекционеры могут увеличить частоту мутации, внедрив ее в популяцию. В конечном итоге накопление небольших изменений в результате мутаций привело к высокому уровню фенотипического разнообразия растения.
«Большинство исследований одомашненных растений сосредоточены на пищевых культурах, но изучение того, как одомашниваются декоративные культуры, расширяет наше понимание генетики и моделей растений. В конечном итоге это приносит пользу сельскому хозяйству в целом», - сказал Дэвид Хаак, доцент кафедры Школа наук о растениях и окружающей среде и аффилированный член Центра глобальных изменений, расположенного в Институте наук о жизни Фралина.
Коммерческое выращивание цветов, известное как цветоводство, недавно было названо девятым по прибыльности сектором из 20 лучших сельскохозяйственных продуктов Вирджинии, принося 146 миллионов долларов в год. Более глубокое понимание генетики растений позволит цветоводам более эффективно выращивать и собирать цветы и получать больший доход.
После нового открытия альтернативного эволюционного пути к одомашниванию растений Бомбарели, Хаак и их исследовательские группы с нетерпением ждут продолжения своей работы над геномикой растений и изучения ее последствий для сельского хозяйства.