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:
- Азиатский рис (Oryza sativa) из дикого предка Oryza rufipogon.
- 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:
- Путем случайных мутаций (механизм устойчивости у культурных сортов часто прост — замена одной аминокислоты).
- 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».
