Ученые раскрыли происхождение грецкого ореха
Грецкий орех (Juglans regia) — важная экономическая культура, ценимая во всем мире за высококачественную древесину и насыщенный вкус орехов. Это один из 22 видов рода Juglans, который включает черные и белые орехи, произрастающие в Европе, Америке и Азии.
Мировое производство возглавляет Китай, за которым следуют Калифорния, Турция и Иран. Однако до сих пор эволюция орехов была неизвестна. Богатая палеонтологическая летопись указывает на происхождение орехов и их начальное разделение на черные орехи и белые орехи в Северной Америке около 35–45 миллионов лет назад. Несмотря на такой возраст и возможность миграции в Старый Свет, в ископаемых записях Европы и Азии обнаружены только белые орехи, а древних ископаемых грецкого ореха не известно.
Используя геномные данные, проанализированные филогенетическими и популяционно-генетическими методами, исследователи раскрыли эту загадку. Они показали, что грецкий орех является результатом гибридизации двух давно вымерших видов около 3,45 миллиона лет назад.
Предыдущие анализы команды, основанные на примерно 2900 одноэкземплярных ядерных генах от 19 видов орехов, не смогли выяснить отношения между североамериканскими, азиатскими видами и грецким орехом. Однако они исключили неполную сортировку линий как причину филогенетической неопределенности. «Это заставило нас предположить, что в происхождении грецкого ореха и американского белого ореха могла быть замешана древняя гибридизация», — сказал популяционный генетик Да-Юн Чжан.
Чтобы проверить гипотезу гибридизации, на этот раз они использовали полногеномное секвенирование от 80 отдельных деревьев, представляющих 19 из 22 видов Juglans, вместо анализа отдельных генов.
«Мы применили ряд методов для обнаружения гибридизации по всему геному и тестирования моделей видообразования, чтобы определить время происхождения грецкого ореха», — сказал Вэй-Нин Бай. В итоге они охарактеризовали генетический состав не только грецкого ореха, но и железного ореха (J. sigillata) и американского белого ореха (J. cinerea).
Авторы, основываясь на ископаемых плодах и геномных данных, описывают картину: к позднему олигоцену орехи должны были расширить ареал из Америки в Европу, а затем распространиться в Азию и обратно в Европу, где линии черного и белого ореха вступили в контакт и гибридизировались около 3,45 млн лет назад. В то время как орехи диверсифицировались в Азии и Новом Свете, они исчезли из Европы во время плейстоценовых климатических колебаний, и в конечном итоге выжила только новая гибридная линия, которая дала начало J. regia.
«Все наши полногеномные анализы сошлись в однозначных доказательствах гибридизации в основе как американского белого ореха (J. cinerea), так и грецкого ореха (J. regia/J. sigillata)», — заявили авторы. Их результаты также разрешают спор о происхождении американского белого ореха (J. cinerea), который, как оказалось, является результатом массовой интрогрессии ядерных генов от американского черного ореха через «затопление пыльцой» со стороны мигрировавшего азиатского белого ореха.
«Геномный мозаицизм как грецкого ореха (включая J. sigillata), так и американского белого ореха J. cinerea свидетельствует о важности гибридизации на протяжении всей эволюции орехов», — заключили авторы.