Почему рис стал и продовольственной культурой и сорняком?
Биолог-эволюционист Стивен Джей Гулд однажды задался вопросом, чтобы было бы, если бы живой мир развивался иначе. Если бы существовала вторая Земля, которая развивалась параллельно нашей, появились бы на ней те же растения и животные, которых мы наблюдаем сейчас?
Интересный вопрос, но провести эксперимент со второй Землей не представляется возможным. Однако случаи параллельной эволюции (когда одна и та же черта развивается независимо у нескольких растений) позволили ученым пролить свет на решение подобных вопросов.
Один из лучших примеров параллельной эволюции можно найти в истории одомашнивания риса в Африке и Азии, за которым последовало возвращение к дикой форме. И все это за 10 тысяч лет с того момента, как охотники и собиратели решили вести оседлый образ жизни.
С помощью современных генетических технологий и ресурсов Международного генетического банка риса, содержащего более 112 тыс. различных видов риса, эволюционный биолог доктор Кеннет Олсен из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, смог оглянуться назад во времени и задаться вопросом, одинаковые ли мутации легли в основу развития одинаковых черт культурных и сорных видов риса. Его последние труды, в которых особое внимание уделяется генетике цвета семян, были опубликованы 17 июля 2013 г. в интернет-версии издания «Журнал эволюционной биологии».
Ответы на эти вопросы интересны сами по себе, но и обладают практическим значением, так как современное сельское хозяйство радикально меняет подход к отбору видов риса, важнейшей продовольственной культуры для большей части населения мира.
Сорные виды риса, развившиеся из культурных сортов, приобретают все больше черт диких сородичей. Они — очень агрессивные конкуренты, и как в США, так и во всем мире такой сорный рис стал огромной проблемой, — рассказывает Олсен.
В некоторых уголках света фермеры уже сдались в попытках вырастить нормальный рис, они продают скорее его сорный вариант, который экспансивно заселил поля.
Да, из чистых сортов остался красный рис с французских угодий, в котором содержится много антиоксидантов, но в остальном — выбор настоящего риса невелик.
Самым распространенным рисом во всем мире считается вид из Азии Oryza sativa, который произошел от дикого вида Oryza rufipogon в Южной Азии в течение последних 10 000 лет. Считаются ли японский и индийский подвиды известного вида отдельными сельскохозяйственными культурами, вопрос спорный. Большая часть выращиваемого в США риса принадлежит к японскому подвиду, который довольно сильно в генетическом плане отличаются от индийского риса, а его выращивают преимущественно в тропиках.
В любом случае около 3500 лет назад произошло вторичное одомашнивание риса, когда в Африке стали высевать рис (Oryza glaberrima), выведенный из африканского дикого вида Oryza barthii в дельте реки Нигер. В настоящее время ученые в состоянии изучить генетическую основу как азиатских, так и африканских одомашненных сортов. В каком-то смысле это возможность вернуться в прошлое, чтобы проверить ДНК растения тех времен, когда подобный анализ был недоступен, говорит Олсен.
Если растение одомашнено, оно приобретает набор черт под названием «синдром одомашнивания», благодаря чему его легче выращивать в качестве сельскохозяйственной культуры. В случае риса синдром включает в себя потерю осыпания (семена не выпадают с основного стебля до сбора урожая), увеличение размеров семян и потерю состояния покоя семян (они прорастают все сразу , как следствие — и собираются враз).
Прошли ли аналогичные генетические мутации при появлении одомашненных черт азиатских и африканских сортов, или же к схожему набору характеристик сорта легли совсем иные генетические мутации?
В своей серии статей об эволюционной биологии Ольсен и его соавтор Синди Вигуэйра пишут, что в основе потери осыпания, шелухи соломенного цвета и белого зерна азиатского и африканского домашнего риса лежат различные мутации одних и тех же генов.
Таким образом, оба сорта азиатского и африканского культурного риса «изменились» примерно в тех же местах под давлением отбора ранних земледельцев.
Как и при одомашнивании, возвращение риса снова в дикое растение, или же эволюция от вида сельскохозяйственных культур до сорных видов, которые обладают множеством диких свойств, также случилось повторно. Один вид сорного риса напоминает азиатский сорт, который выращивается только в небольшой части Индии, а другой — напоминает рис, выращенный в тропиках.
Поскольку сорные формы тесно связаны с сортами риса, которые никогда не выращивались в США, они, вероятно, прибыли в качестве примесей в поставках зерна из Азии, а не развивались непосредственно из тропических японских культур, выращиваемых здесь.
Вопрос, считает Олсен, заключается в том, как культура вернулась к диким формам, приняв генетические изменения, которые привели к их одомашниванию или через мутации, которые привели к одичанию другими способами. На генетическом уровне истории сорных форм оказались сложнее и путанее, чем у культурных форм.
Например, сорняки обладают геном высыпания семян, что означает, что они приобрели новые свойства в отличие от культурных форм, лишенных этого свойства людьми намеренно. Сорные формы высыпаются, однако они повторно развили эту способность, некоторым другим еще неизвестным для ученых путем.
«Самая важная часть этой истории, — говорит Олсен, — в том, что генетические истории культурных растений и сорняков тесно взаимосвязаны. Это означает, что сорные формы могут “выбрать” гены как предков, так и генов культурного сорта».
Хотя оба сорных вида появились в Азии, сорный рис стал проблемой Юго-Восточной Азии в последние несколько десятилетий. Причина в том, что рисовые всходы традиционно выращивают на специальных полях, а затем их пересаживают на постоянное поле вручную. Когда они работали в полях, фермеры избавлялись от сорняков, растущих там. Но в промышленно развитых хозяйствах рис всходит прямо на постоянном поле, так что нет никакой возможности удалять сорняки вручную.
Поскольку всходы сорного и культурного риса похожи друг на друга, фермеры часто не понимают, что у них проблема, пока поле действительно не засорено. Высокая засоренность может снизить выход качественного зерна почти на 80%. Если поле сильно заражено сорным рисом, единственный выход фермера — отказаться от всего поля.
В США все чаще с сорными видами риса борются при помощи пестицидов.
В последние годы более трети американских рисовых полей были засажены устойчивыми в гербицидам видами риса. Однако это может стать толчком к приобретению сорняками устойчивости к гербицидам, так или иначе, они пробьются.
Механизм устойчивости к гербицидам довольно легко прививается культурным растениям, это делается в основном при помощи изменения одного аминокислотного гена, хотя новые сорта становятся все необычнее и более открытыми для изменений. Так что для мутации для сорняков тут множество вариантов.
Но и урожайные культуры, и сорняки относятся к одному виду, так что они могут легко скрещиваться, а селективное выращивание привносит культурам приток новых генов.
Мы наблюдаем за все большей и большей гибридизацией культур. Это изменит состав всех сорняков на рисовых полях США, предположительно в других странах мира тоже, — заключает Олсен.
Источник: supersadovod.ru