Как следует из их латинского названия, ананасы действительно являются «превосходными фруктами», и благодаря недавно завершенному проекту секвенирования генома исследователи получили новое понимание того, как сельское хозяйство человека повлияло на эволюцию этой и других культур.
Международная группа под руководством Рэя Мина, профессора биологии растений Университета Иллинойса и члена Института геномной биологии им. Карла Р. Вёзе, опубликовала свой анализ генома красного ананаса, растения, выращиваемого для производства клетчатки. и как декоративное в Nature Genetics. Они также изучили новые данные о последовательности для других ключевых сортов ананаса, выращиваемых для получения фруктов, что привело к новому пониманию генетической реакции растения на столетия одомашнивания и выращивания. В частности, работа подтвердила гипотезу о том, что одомашнивание культур, которые размножаются без использования семян, черенкованием или другими способами, может быть одомашнено за один шаг.
«Мы выбрали основные сорта ананасов со всего мира… чтобы проверить нашу гипотезу о «одноэтапной операции» при одомашнивании клонально размножаемых культур», - сказал Мин. Он выделил этот аспект работы исследователей как одну из основных целей исследования.
Ананасы немного экзотичны, но приятно знакомы; крупные колючие плоды со сладкой сочной желтой мякотью. Недавно секвенированный сорт этого исследования, Ananas comosus var. bracteatus, отличается от этого стандартного сорта продуктового магазина. Он дает маленькие плоды, которые не подходят для употребления в пищу, и выращивается в садах для украшения или для создания защитной живой изгороди. В отличие от многих сортов ананаса, он способен к самоопылению.
Минг и его коллеги секвенировали и собрали геном красного ананаса, используя геном ранее секвенированного фруктового ананаса в качестве эталона и компаратора. Они также повторно секвенировали геномы 89 образцов ананаса (образцы растительной ткани) из нескольких сортов. Сравнивая сходства и различия в последовательности ДНК разных видов ананасов, они смогли проследить, как естественный и искусственный отбор сформировал ключевые черты и установил различные сорта..
Растения ананаса можно выращивать из вегетативных тканей, таких как листовая верхушка плода, черешок или присоска. Команда выдвинула гипотезу, что для некоторых культурных сортов одомашнивание могло быть достигнуто за один шаг - начиная с черенка вероятного растения - а не в течение многих лет селекции. Они разработали новый биоинформатический метод, который искал длинные цепочки схожей последовательности на концах хромосом.
«К нашему удивлению и радости, у сорта «Сингапурский испанский» были обнаружены обширные терминальные участки гомозиготности [сходства]», - сказал Мин. Он объяснил, что это открытие лучше всего объясняется многолетним исключительным клональным размножением: «Одна половая рекомбинация может прервать терминальные цепочки гомологии, сформированные за тысячи лет. Этот новый метод можно применять для изучения истории одомашнивания других клонально размножаемых культур, таких как картофель., сахарный тростник, маниока, бананы и многие плодовые деревья."
Сравнение геномов также позволило Мину и его соавторам идентифицировать гены, поддерживающие признаки, отличающие разные сорта. Например, разные уровни активности нескольких генов, по-видимому, поддерживают более высокое производство листовых волокон у красного ананаса, а сладость определенного сорта фруктового ананаса, вероятно, частично связана с отбором определенного гена переносчика сахара. Исследование также дало дополнительные доказательства участия определенных генов в разрешении или запрещении самоопыления.
В целом, по словам Мина, он был очень взволнован, обнаружив сильную поддержку идеи о том, что при клональном размножении некоторые растения были немедленно и успешно одомашнены.
«Сосуществование прерывистого полового размножения и «одношаговой операции» при одомашнивании клонально размножаемых культур подразумевает возможность быстрой одомашнивания клонально размножаемых культур», - сказал он. «Одним из примеров является макадамия, и большинство сортов макадамии на Гавайях были отобраны из саженцев диких деревьев макадамии, всего в одном поколении от дикой зародышевой плазмы».