Исследователи дали ответ, как кукуруза приспособилась к холоду

Новое исследование эволюции кукурузы позволило ответить на вопрос о том, как культура быстро приспособилась к росту в холодных условиях Северной Америки. До недавнего времени быстрая и эффективная эволюция кукурузы из маиса была загадкой.

Научная работа, опубликованная Лабораторией Колд-Спринг-Харбор (CSHL), дает представление о том, как кукуруза смогла быстро адаптироваться к переменным температурам и климату Среднезападного региона Соединенных Штатов.

Согласно исследованию, ответ кроется в генетическом секвенировании кукурузы. Когда кукурузу – культуру, произрастающую в теплых тропических низменностях Мексики, – скрестили с родственницей кукурузы под названием teosinte Mexicana, культурой, выращиваемой в гораздо более холодных высокогорьях Мексики, полученная культура унаследовала ключевую черту от teosinte: приспособляемость к холоду.

Эта особенность позволила новой культуре, которую мы теперь знаем как кукурузу, успешно распространиться по Северной Америке. К таким выводам учены пришли в ходе экспериментов по скрещиванию полустерильных гибридов teosinte с традиционной кукурузой.

Ученый Джерри Кермикл сделал любопытное наблюдение. Его эксперименты по скрещиванию полустерильных гибридов теосинте с традиционной кукурузой привели к тому, что их потомство вело себя очень необычно. При нормальной наследственности потомство в конечном итоге должно было стать полностью стерильным или фертильным. Но независимо от того, сколько раз исследователь скрещивала гибриды с кукурузой, все потомство тоже было полустерильным. Что происходило?

Чтобы выяснить это, Мартиенссен и аспирант Бен Берубе секвенировали геномы сотен пыльцевых зерен полустерильного потомства. Они обнаружили, что одни и те же участки из генома teosinte присутствовали в каждом из них.

Учены идентифицировали ген под названием Dicer-like 2, который продуцирует специфическую последовательность РНК, присутствующую у полустерильных гибридов, но отсутствующую у традиционной кукурузы.

Это открытие позволило команде идентифицировать то, что они называют «Накопителем пыльцы Teosinte (TPD)». Этот генетический механизм избирательно устраняет пыльцевые зерна, которые не несут генного драйва, в результате чего получаются гибриды кукурузы и теосинте. TPD гарантирует, что определенные признаки всегда передаются по наследству.

Механизм TPD может быть «недостающим звеном» в эволюции кукурузы. Этот прорыв может не только прояснить, как кукуруза адаптировалась и процветала по всей Америке, но и дать представление о том, почему определенные последовательности РНК преобладают в генетике растений, животных и человека.