Вчені секвенують геном найдавнішої у світі рослини з насіння кавуна
У новій статті, опублікованій в журналі Molecular Biology and Evolution, вчені з Королівських ботанічних садів, Кью та партнери з Великобританії, Німеччини та США розшифрували геном найстарішої у світі рослини, використовуючи насіння кавуна епохи неоліту, зібране на археологічній ділянці у пустелі Сахара в Лівії.
Дослідження об'єднало аспекти археологічної основи з передовими дослідженнями в галузі геноміки, щоб пролити нове світло на одомашнення кавуна і те, як наші предки споживали стародавніх родичів популярного фрукта. Дивно, але дані свідчать про те, що лівійці епохи неоліту мали смак до кавунових насінин — місцевого делікатесу, що споживається досі, — але уникали гіркого смаку м'якоті плоду.
За оцінками, щорічно у світі виробляється понад 200 мільйонів тонн одомашненого кавуна (Citrullus lanatus), причому ця культура входить до десятки найважливіших культур у Центральній Азії. Вважають, що плоди з червоною м'якоттю походять з Африки, де близький родич (C. lanatus subsp. Cordophanus), швидше за все, був вперше одомашнений у долині Нілу та на території сучасного Північного Судану. Але виявлення на початку 1990-х років гаданого насіння кавуна в неолітичному городищі Уан Мухаггіаг в Лівії продовжувало спантеличувати вчених.
Ліворуч: насіння, знайдене в Лівії, мало явні сліди зубів. Справа: насіння сучасного кавуна Citrullus lanatus із сімейства Cucurbitaceae. Фото: Зліва: АЛЬДОНА МЮЛЕР-БІЄНК Праворуч: ЕЛЛІ ВАЄС, РБГ К'Ю
Щоб краще зрозуміти шлях кавуна від дикої рослини до одомашненої культури, дослідники зібрали та проаналізували десятки насіння кавунів та родичів кавунів із колекцій гербарію RBG Kew. Вони також отримали та вивчили скам'янілості насіння з Лівії та Судану, датовані радіовуглецем (C-14) більш ніж 6000 та 3000 років тому відповідно.
Доктор Сюзанна С. Реннер з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, яка разом з доктором Гійомом Хоміцкі з Шефілдського університету керувала дослідженням, сказала: «Морфологія насіння, особливо стародавнього насіння, була просто недостатньою, щоб надійно визначити, які види неолітичних використовували поселенці в Ліві. ».
Вчені змогли розгадати таємницю, проаналізувавши геном насіння і відновивши довгі ділянки по всіх хромосомах — можливо, це найстаріший геном, який коли-небудь зареєстрований з такими подробицями у рослини, вік якої було підтверджено за допомогою аналізу радіовуглецевого датування. Вони також секвенували геноми десятків зразків кавунів із колекції Гербарія Кью, деякі з яких були вперше зібрані на початку 19 століття.
Результати дослідження показують, що лівійці епохи неоліту збирали або навіть вирощували гіркі на смак сорти кавунів замість сьогоднішніх солодких на смак. Це нове розуміння узгоджується зі слідами зубів, виявленими на деяких із найстарішого насіння, зібраного в Судані доктором Філіппою Райан, дослідником з докторським ступенем у К'ю та співавтором дослідження.
До аналізу геному дослідники було неможливо відрізнити лівійські зразки з інших семи відомих видів роду Citrullus. Їхні молекулярні результати тепер показують, що насіння походить від родича кавуна, відомого як кавуни Егусі (Citrullus mucosospermus) із Західної Африки. Ці фрукти гіркі і неїстівні, якщо їх є в сирому вигляді через хімічну речовину кукурбітацину в їх м'якоті, і натомість їх збирають для отримання насіння, яке використовується в західноафриканських тушкованих стравах і супах, схожих за розміром і смаком на гарбузове насіння.
Райан сказав: «Великим сюрпризом було виявити, що замість стародавнього кавуна лівійське насіння було зовсім іншим одомашненим цитрулом, тоді як суданське насіння періоду фараонів мало ядерну ДНК як гіркого егусі, так і солодкого кавуна. ... Це говорить про те, що в пізніший період у долині Нілу через насіння вирощували цікаву суміш одомашнених сортів Citrullus — поряд, ймовірно, із солодким кавуном».
Краще зрозумівши генетичний склад цих стародавніх фруктів, дослідники сподіваються намалювати більш чітку картину одомашнення кавуна. Але дослідження має і більш далекосяжні та сучасні наслідки. Вивчення обміну генами протягом тисячоліть може допомогти вченим виявити сприятливі генетичні риси, що підвищують стійкість до посухи, хвороб та шкідників.
Доктор Оскар А. Перес Ескобар, керівник дослідницької групи Об'єднаної групи монографії К'ю та перший автор, сказав: «Це видатне досягнення — дізнатися так багато про таємне минуле життя цього стародавнього насіння через їх ДНК. Без цього генетичного коду, який нам вдалося отримати дуже докладну інформацію, ми не могли б виявити, що велика частина ДНК цього насіння сходить до гарбуза Egusi (C. mucospermus), а не до солодкого кавуна. Інше разюче відкриття, отримане через їх ДНК, полягає в тому, що це стародавнє насіння Кавун Егусі, ймовірно, гібридизувався і обмінявся генами з солодкими кавунами тисячі років тому, хоча нам досі невідома спрямованість такого потоку генів».
Дослідження проводилося у співпраці з доктором Гійомом Хоміцьки з Шеффілдського університету та професором Сюзанною С. Реннер з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, а також з дослідницькою групою Antonelli Lab, експертами з еволюційної біології та біогеографії.
Перес Ескобар сказав: «Наше дослідження є чудовим прикладом того, що можуть зробити колекції рослин, які представляють тисячі років еволюційної та культурної історії, коли вони використовуються у міждисциплінарних дослідженнях. зберігалися протягом тисячоліть, включаючи обмін генами через покоління, представляє інтерес для програм поліпшення врожаю солодких кавунів щоразу, коли шукаються певні гени, наприклад, стійкість до хвороб та шкідників».
Також читайте: