Разгадана тайна происхождения ирландского картофельного голода: он пришел из Анд

Фото из открытых источников

В середине 19 века микроскопический захватчик пронесся по Ирландии, оставив за собой след разрушений. Картофельная гниль, вызванная грибковым патогеном Phytophthora infestans, спровоцировала голод, в результате которого погибло более миллиона человек и миллионы были вынуждены бежать. Более века ученые спорят о том, где впервые появился этот смертоносный организм. Были ли это суровые Анды, где впервые был одомашнен картофель? Или это были высокогорья Мексики, регион, кишащий похожими патогенами?

Теперь группа исследователей утверждает, что решила этот вопрос. В одном из крупнейших генетических исследований такого рода они проследили происхождение картофельной гнили до Анд. Результаты не только разрешают один из самых мрачных давних споров, но и раскрывают сложную сеть эволюции, миграции и гибридизации, которая сформировала историю одной из самых печально известных болезней растений в мире. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS ONE.

Даже сегодня Phytophthora infestans продолжает сеять хаос на урожае картофеля и томатов по всему миру, ежегодно нанося ущерб в миллиарды долларов. Изучение того, где он берет свое начало, может помочь ученым предсказывать и бороться с будущими вспышками.

Споры о месте его рождения были ожесточенными. Некоторые исследователи утверждали в пользу мексиканского происхождения, указывая на половое размножение патогена в этом регионе. Другие, ссылаясь на генетические доказательства, предполагали андское происхождение. Новое исследование, проведенное Эллисон Кумбер и Джин Ристайно из Университета штата Северная Каролина, представляет обширные геномные данные.

Команда проанализировала последовательности всего генома P. infestans и шести близкородственных видов, включая P. andina и P. betacei, которые встречаются в Южной Америке, а также P. mirabilis и P. ipomoeae, которые произрастают в Мексике. Они также включили исторические образцы P. infestans, собранные во время ирландского картофельного голода.

Результаты были очевидны. Мексиканские виды P. mirabilis и P. ipomoeae образовали отдельные генетические группы, отдельные от P. infestans. Напротив, P. infestans был тесно переплетен с андийскими видами P. andina и P. betacei. Эти последние три вида образуют комплекс с нечеткими границами. Они больше похожи на братьев и сестер, чем на дальних родственников.

«Вот как работает наука», — сказал Джин Ристайно, соавтор исследования и профессор Университета штата Северная Каролина. «Есть гипотеза, люди подвергают ее сомнению, проверяют ее, представляют данные. Но со временем доказательства действительно перевешивают в пользу Анд, потому что ДНК не лжет. Генетика показывает родословную в этом регионе».

Исторические записи также указывают на Анды. «В 1845 году, когда эта болезнь поразила Европу и США, люди немедленно попытались выяснить, откуда она взялась», — добавил Ристайно. «Были сообщения о том, что болезнь возникла и была известна среди коренных индейцев Анд, выращивавших картофель».

Согласно генетическому анализу, общий предок P. infestans и его андийских родственников отделился от мексиканского вида около 5000 лет назад. Со временем P. infestans распространился из Анд в другие части света, включая Мексику и Европу, благодаря росту внешней торговли и глобализации.

Исследование также выявило удивительные уровни потока генов между P. infestans и его андскими родственниками. Скорость миграции между этими видами была намного выше, чем у мексиканских видов. Это говорит о том, что Андский регион является не только местом рождения P. infestans, но и очагом продолжающейся эволюции.

Одним из самых интригующих открытий стала размытая грань между P. infestans, P. andina и P. betacei. Эти андские виды настолько тесно связаны, что часто скрещиваются, создавая новые генетические комбинации. Это похоже на плавильный котел, в котором все эти виды микробов обмениваются генами, что может привести к появлению новых штаммов с другими признаками вирулентности — некоторые из которых могут преодолеть устойчивость растений.

Понимание происхождения опустошительного картофельного фитофтороза имеет важное практическое значение для борьбы с этим заболеванием, которое по-прежнему представляет собой глобальную угрозу.

Картофельная гниль продолжает сеять хаос по всему миру. В Европе появились устойчивые к фунгицидам штаммы, заставив фермеров искать новые химикаты и методы. Новые методы селекции и редактирования генов могут стать долгосрочным решением.

«Когда вы знаете центр происхождения патогена, именно там вы найдете устойчивость к нему», — сказал Ристайно. «В долгосрочной перспективе, способ справиться с этой болезнью — через устойчивость хозяина. Эта работа показывает, что фокус на селекционных усилиях должен происходить еще в Андах».