Ученые обнаружили возможный «недостающий элемент» в эволюции кукурузы

Ученые из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL), возможно, раскрыли многовековую тайну адаптации кукурузы. Культура была одомашнена около 9000 лет назад в низменностях Мексики. Примерно 5000 лет спустя она скрестилась с видом из мексиканского нагорья — теосинте мексиканской (teosinte mexicana).

Это скрещивание привело к появлению устойчивости к холоду, что позволило кукурузе распространиться по всему континенту. Однако механизм быстрого закрепления полезных признаков от высокогорного растения долгое время оставался загадкой.

Исследователь Джерри Кермикл из Университета Висконсина обратил внимание на странное явление: при скрещивании полустерильных гибридов теосинте с обычной кукурузой все потомство оставалось полустерильным, а не становилось полностью стерильным или фертильным, как ожидалось.

Чтобы выяснить причину, профессор CSHL Роб Мартинсен и аспирант Бен Берюбе секвенировали геномы сотен пыльцевых зерен от полустерильного потомства. Они обнаружили, что во всех образцах присутствуют одни и те же участки генома теосинте. Результаты опубликованы в журнале Nature.

«Были два участка генома, на хромосоме 5 и хромосоме 6, которые всегда наследовались. Это указало нам, что ответственные гены должны находиться в этих регионах», — говорит Мартинсен.

На хромосоме 5 они идентифицировали ген Dicer-like 2, который продуцирует группу малых РНК, всегда присутствующих в полустерильных гибридах, но отсутствующих в обычной кукурузе. Это открытие позволило лаборатории Мартинсена описать систему, названную Teosinte Pollen Drive (TPD).

Эта «эгоистичная» генетическая система устраняет конкурирующие зерна пыльцы, лишенные этого драйва генов. Она заставляет гибриды кукурузы и теосинте передавать определенные признаки через мужские особи чаще, чем через женские.

Открытие может иметь важные последствия для сельского хозяйства. Однако сам Мартинсен видит большую ценность в эволюционном аспекте: «Меня больше волнуют эволюционные последствия, то, что это может означать для процесса одомашнивания, и как оно могло происходить гораздо быстрее, чем мы думали».

Если теосинте мексиканская — это «неандерталец кукурузы», то TPD может быть ее «недостающим звеном». Это открытие не только объясняет, как кукуруза смогла распространиться по Америке, но и может пролить свет на причину распространенности определенных малых РНК в сперматозоидах растений и животных, включая человека.