Ячмень — одно из древнейших культурных растений в мире, выращиваемое более 10 000 лет. Долгое время учёные считали, что он был окультурен лишь в одном месте. Международная исследовательская группа под руководством Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур имени Лейбница (IPK) обнаружила, что современный ячмень имеет «мозаичное происхождение», то есть происходит от нескольких диких популяций по всему Плодородному полумесяцу. Статья опубликована в журнале Nature.
Исследовательская группа провела углубленное исследование эволюции и одомашнивания ячменя (Hordeum vulgare). Основное внимание было уделено так называемым гаплотипам — участкам ДНК, которые наследуются вместе и служат своего рода генетическими «строительными блоками». Чтобы проследить историю ячменя, учёные проанализировали генетический материал 682 образцов ячменя из генбанка IPK и 23 археологических находки ячменя, включая древние обугленные зерна возрастом до 6000 лет.
Группа исследователей изучила 380 образцов дикого ячменя из регионов Западной и Центральной Азии и сравнила их с 302 образцами окультуренного ячменя. Целью исследования было определить, где и когда ключевые гаплотипы были внедрены в геном ячменя.
«Ячмень не имеет единого источника происхождения, как считалось ранее. Вместо этого его геном представляет собой увлекательную мозаику, составленную из фрагментов пяти популяций дикого ячменя, которые мы изучали в Плодородном полумесяце и соседних районах», — говорит Юй Го, первый автор исследования. Плодородный полумесяц считается колыбелью сельского хозяйства, простираясь от современного Ирака через Турцию до Израиля.
Выращивание ячменя в этом регионе началось задолго до того, как люди стали здесь постоянно жить — около 10 000 лет назад, во время неолитической революции, — и продолжалось тысячи лет. «Некоторые гаплотипы, необходимые для одомашнивания, например, гаплотип, отвечающий за неломкость колоса (чтобы зерно не опадало с растения), появились ещё 27 000 лет назад, задолго до того, как мы видим археологические свидетельства одомашнивания ячменя», — добавляет Юй Го.
Распространение ячменя за пределы Плодородного полумесяца было непростым. «Это распространение было обусловлено многократным обменом генами между местными дикими популяциями и уже одомашненными сортами ячменя, а также миграцией и торговлей. Это существенно повлияло на современное генетическое разнообразие», — говорит доктор Мартин Машер, руководитель исследовательской группы по геномике одомашнивания в Институте флоры и фауны Института Лейбница. Все пять исследованных популяций дикого ячменя внесли вклад, хотя и в разной степени, в генофонд культурного ячменя.
По мере распространения земледелия из Плодородного полумесяца около 8500 лет назад одомашненный ячмень разделился на три основные линии: западную (Ближний Восток и Европа), восточную (Центральная и Восточная Азия) и эфиопскую. Важные гены, связанные с признаками одомашнивания, такими как неломкость колоса, шестирядность ячменя или голозерность (зерно без шелухи), возникли в разное время и в разных регионах. Например, мутация, приводящая к голозерности ячменя, возникла примерно 16 000 лет назад.
Анализ древней ДНК, особенно из археологических памятников Израиля, пролил свет на эту проблему. Зёрна ячменя из пещеры Йорам (6000 лет), пещеры Авиор (2000 лет) и медного рудника близ Тимны (3000 лет) показали, что генетическое разнообразие увеличивалось с течением времени, вероятно, из-за потока генов из других регионов, обусловленного торговлей и перемещением людей.
«Эти открытия подкрепляют и дополняют геномное измерение наших данных о 23-тысячелетнем зерновом земледелии на стоянке Охало на берегу Галилейского моря. В совокупности они показывают, что этот регион играл ключевую роль в одомашнивании растений, и подчёркивают, что наши исключительно хорошо сохранившиеся сухие археологические данные представляют собой редкую ботаническую и генетическую сокровищницу, которая открывает путь к новым направлениям исследований и вопросам, которые до недавнего времени считались неразрешимыми», — говорит профессор Эхуд Вайс, руководитель археоботанической лаборатории Университета Бар-Илан.
Этот новый взгляд на прошлое ячменя помогает исследователям понять, как сельскохозяйственные культуры адаптируются к различным условиям. Такие признаки, как способность сохранять зерно или форма колоса, эволюционировали многократно независимо друг от друга. «Наше исследование показывает, насколько тесно история человечества связана с историей культурных растений. Чтение ДНК ячменя подобно чтению истории человеческой цивилизации, охватывающей тысячи лет», — говорит доктор Машер.
Источник: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research. Фото: Институт Лейбница IPK/Д. Хирш.
