Сорняки, произошедшие от культурных растений, создают особые проблемы для современного сельского хозяйства

Эволюционный биолог Кеннет Олсен из Вашингтонского университета в Сент-Луисе с помощью генетических технологий и ресурсов International Rice GeneBank (более 112 000 образцов риса) исследовал параллельную эволюцию риса.

Двойное одомашнивание

В течение последних ~10 000 лет произошло два независимых события одомашнивания риса:

  1. Азиатский рис (Oryza sativa) из дикого предка Oryza rufipogon.
  2. Африканский рис (O. glaberrima) из дикого вида O. barthii ~3 500 лет назад.

Исследования показали, что в обоих случаях одомашнивание (потеря осыпаемости семян, увеличение размера зерна, потеря покоя) было вызвано разными мутациями в одних и тех же генах. То есть, "поломки" произошли в одних и тех же местах генома под давлением отбора со стороны древних земледельцев.

Двойное "рас-одомашнивание"

Параллельно произошло и два события "рас-одомашнивания" — эволюции сорных форм риса из культурных. Эти сорняки повторно приобрели черты диких предков (например, осыпаемость), но не путем обратных мутаций, а через другие, пока неизвестные генетические пути.

Сорняки крадут гены культурных растений

Генетическая история культурных и сорных форм тесно переплетена. Сорняки могут использовать как гены диких предков, так и гены культурных сортов, адаптируясь к современному сельскому хозяйству.

Проблема обострилась с переходом на промышленные методы:

  • Раньше рассаду пересаживали вручную, попутно удаляя сорняки.
  • Сейчас рис сеют прямо в поле, и всходы культурного и сорного риса неразличимы.
  • Заражение сорным рисом может снизить урожайность до 80%.

Для борьбы в США на более чем трети полей высаживают гербицидоустойчивые сорта. Это создает мощное давление отбора на сорняки, чтобы те приобрели устойчивость:

  1. Путем случайных мутаций (механизм устойчивости у культурных сортов часто прост — замена одной аминокислоты).
  2. Путем потока генов от культурных растений к сорнякам через гибридизацию.

«Мы уже видим, что гибридизация происходит все чаще, — говорит Олсен. — Это изменит общий состав сорняков на полях в США и, предположительно, во всем мире».