Ученые раскрыли секрет распространения пшеницы по миру

Хлебная пшеница — гибрид трех диких трав, содержащих три генома (A, B и D) в одном растении. Один из этих типов (D) пшеница получила от дикой травы Aegilops tauschii 8-11 тысяч лет назад на территории Плодородного полумесяца. Пшеница появилась в результате случайного скрещивания растений на южных берегах Каспийского моря. Благодаря высокому содержанию клейковины из нее получался хлеб необыкновенного качества: воздушный и эластичный. Фермеры быстро оценили это преимущество и начали активно выращивать новую культуру.

Быстрое географическое распространение пшеницы озадачивает исследователей. Дикой пшеницы не существует, а гибридизация, в результате которой к существующим геномам А и В пшеницы добавился новый геном D, привела к резкому сокращению генетического разнообразия по сравнению с окружающими дикими злаками. Эффект «бутылочного горлышка» усугублялся самоопылением. Казалось бы, пшенице должно быть сложно прижиться в новых местах. Но ей все равно удалось распространиться далеко за пределы Плодородного полумесяца.

Для решения этой задачи международная группа исследователей создала обширную генетическую базу данных дикого злака Aegilops tauschii, включающую 493 уникальных генома. Данные охватывали территорию от северо-запада Турции до восточного Китая. На основе этой базы был разработан пангеном (совокупность всех генов) Aegilops tauschii, позволяющий проводить сравнительный анализ геномов. С помощью пангенома ученые проанализировали геномы 80 000 местных сортов пшеницы.

Полученные данные показали, что около 75% D-генома пшеницы происходит от линии L2 дикого злака Aegilops tauschii, который происходит из южного Каспийского моря. Остальные 25% его генетического материала получены от других линий этого вида по всему ареалу. Именно генетическое разнообразие, полученное от разных линий Aegilops tauschii, сыграло решающую роль в адаптации пшеницы и ее распространении по всему миру.

Ранее проведенное исследование выявило существование отдельной линии Aegilops tauschii на территории современной Грузии на Кавказе, в 500 км от Плодородного полумесяца. Эта линия Aegilops tauschii (L3) подарила пшенице наиболее известный ген, отвечающий за качество теста. Ученые выдвинули гипотезу: если пшеница в свое время скрещивалась с диким злаком из Грузии, то в современных сортах, особенно тех, что родом из этого региона, должно остаться больше генов этого дикого злака. Это похоже на то, как в генах современных людей остались следы от скрещивания с неандертальцами.

Проведя анализ, ученые подтвердили свою гипотезу. Оказалось, что пшеница, выращенная в Грузии, содержит в семь раз больше генов L3, чем пшеница из Плодородного полумесяца. Эти данные подтверждают: пшеница зародилась на юге Каспийского моря, затем с миграцией и развитием сельского хозяйства распространилась в Грузию. Там, в результате обмена генами и скрещивания с уникальной, генетически отличной и изолированной линией L3, пшеница получила новый генетический материал.

Помимо решения давней биологической загадки, открытый пангеном дикого злака Aegilops tauschii позволяет ученым находить новые гены для создания сортов пшеницы, устойчивых к болезням и изменению климата.