Исследование, опубликованное в четверг в рецензируемом академическом журнале Genome Biology, имеет значение для того, как ученые понимают одомашнивание, или процесс, с помощью которого люди смогли разводить растения по желаемым чертам на протяжении веков культивирования. Исследователи использовали огромное количество данных о геномах кукурузы и сои и сравнили отдельные участки геномов диких видов и домашних сортов, отметив, где геномы наиболее сильно разошлись.
Исследователи из Университета штата Айова работали с учеными из Университета Джорджии, Корнельского университета и Университета Миннесоты.
Исследователи изучили более 100 образцов путем сравнения кукурузы с теозинте, ее предшественником. Они также рассмотрели 302 образца из набора данных о диких и одомашненных соевых бобах.
«Мы разделили геномы на определенные участки и сравнили их», – сказал Цзяньмин Ю, профессор агрономии и заслуженный председатель кафедры селекции кукурузы. "Это новый взгляд на эволюцию генома и одомашнивание, на который мало кто смотрел.
Мы искали «макроизменения» или основные общегеномные закономерности – и нашли их."
Юй сказал, что выращивание человека создало узкое место в генетическом материале, связанном с кукурузой и соей. Поскольку люди отбирались по определенным признакам, которые они считали желательными в своих культурах, они ограничивали генетические вариации, доступные в геноме растения.
Тем не менее, исследователи обнаружили несколько областей в геномах видов, участвовавших в исследовании, где расхождение генома, по-видимому, концентрировалось.
«Эти закономерности изменения оснований в масштабе всего генома позволяют понять, как одомашнивание влияет на генетику видов», – сказал Цзинью Ван, первый автор статьи и аспирант в области агрономии.
Различия в нуклеотидных основаниях между дикими и одомашненными видами оказались более выраженными в негенных частях генома или тех частях генома, которые не кодируют белки. Исследование также обнаружило большую вариабельность в перицентромерных областях или в областях рядом с центромерой хромосом, а также в областях с высоким метилированием или областях, в которых метильные группы добавляются к молекуле ДНК.
Метилирование может изменить активность сегмента ДНК без изменения его последовательности.
В ходе исследования изучалось возникновение мутаций в геномах одомашненных сельскохозяйственных культур и их видов-предшественников.
«Теперь мы думаем, что хорошие кандидаты для одомашнивания, такие как кукуруза и соя, займут золотую середину в своей готовности к мутации», – сказал Сианьран Ли, адъюнкт-профессор агрономии и соавтор исследования.
«Если нет мутации, тогда все останется прежним, и у нас не будет эволюции», – сказал Ю. "Но слишком много мутаций может уничтожить вид."
Результаты исследования указали на важную связь между УФ-излучением от солнца и эволюцией генома.
Ультрафиолетовое излучение – это естественный мутаген, и когда оно возникает, оно оставляет особый след, – сказал Юй. Авторы исследования обнаружили гораздо больше этих следов в современной кукурузе и соевых бобах, чем в их диких сородичах.
Финансирование исследования было предоставлено Национальным научным фондом Университета штата Айова Раймонд Ф. Центр селекции растений Бейкера и Институт растениеводства ISU.