Современные яблоки продолжают эволюционировать, благодаря диким предкам

Фото из открытых источников

За яблоком, купленным в продуктовом магазине, скрывается гораздо более глубокая история, чем кажется на первый взгляд. Ученые обнаружили, что современные яблоки до сих пор содержат ДНК, оставшуюся после многократных столкновений с дикими деревьями, что отражает долгую историю обмена между садами и лесами. Этот процесс помог сформировать плоды с течением времени, превратив яблоки в урожай, который продолжает развиваться, а не в тот, который когда-либо был по-настоящему завершен. Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.

Генетическая летопись, охватывающая как культурные деревья, так и их диких родственников в Европе, Центральной Азии и на Кавказе, сохраняет свидетельства этого давнего обмена. Прослеживая эти закономерности, Амандин Корниль из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби (NYUAD) задокументировала, как дикое происхождение остается заложенным в яблоках, которые выращивают люди сегодня.

Результаты показывают, что полезные признаки продолжали проникать в культурные сорта яблок по мере распространения этого фрукта по регионам, а не появились в результате единой ранней трансформации. Этот продолжающийся обмен информацией делает ситуацию с урожаем гораздо сложнее, чем просто история его происхождения, что обуславливает более глубокие различия, рассматриваемые в последующих разделах.

Большинство культурных сортов яблони по-прежнему ведут свою ближайшую родословную от Malus sieversii из Центральной Азии и Malus orientalis из Кавказского региона, расположенного между Европой и Азией.

Европейская яблоня лесная (Malus sylvestris) также оставила свой след после того, как культурные яблони распространились на запад и скрестились с местными дикими деревьями.

Различные природные источники привнесли полезные черты, а не заменили основную родословную, унаследованную от центральноазиатских родственников, или стерли более древние следы. Такое сочетание объясняет, почему яблоки могут выглядеть знакомо, неся в себе историю нескольких далеких лесов, расположенных в разных регионах, используемых по-разному и меняющихся в зависимости от времени года.

Многократное скрещивание создало генный поток, то есть перемещение генов между группами, между плодовыми и дикими деревьями. Когда пыльца перемещалась между деревьями, потомство наследовало смешанные инструкции, которые могли влиять на вкус, время созревания и защиту от болезней в каждом семени.

Исследователи обнаружили обмен данными по всей генетической карте, но некоторые регионы имели большее значение для формирования признаков, чем другие. Эта неравномерная картина показывает, что полезные унаследованные изменения распространялись сильнее, чем простое случайное смешивание, когда яблоки попадали в новую среду.

Десертные и яблочные сорта яблок образовали отдельные наследственные линии, хотя оба сохранили связь с дикими предками. Сладкие столовые сорта продемонстрировали более выраженные признаки того, что селекционеры отдавали предпочтение качеству плодов, цветению и устойчивости к болезням для продажи на рынке свежих продуктов.

Сорта сидра сохранили более широкое разнообразие, что может отражать их длительное использование для прессования и ферментации, а не для употребления в свежем виде. Эти различия предостерегают от того, чтобы рассматривать яблоки как одну культуру с одним простым прошлым или одним будущим.

Некоторые образцы ДНК диких растений стали особенно полезны после того, как попали в культурные сорта яблок путем интрогрессии, когда гены перемещаются между родственными группами. В яблоках для сидра дикие сегменты западноевропейских диких яблонь сгруппировались вблизи области, связанной с текстурой плода.

У десертных яблок еще один дикий сегмент располагался рядом с известным генетическим признаком кислотности, который определяет остроту вкуса. Эти примеры показывают, как дикорастущие деревья могут передавать фермерам качества, которые впоследствии могут быть ценны в их садах при изменении условий.

В ходе сравнительных исследований исследовательская группа обнаружила, что у культивируемых яблок было меньше вредных мутаций — опасных изменений ДНК, способных ослабить организм, — чем у их диких сородичей. Этот результат противоречит обычным опасениям, что вмешательство человека в экосистему приводит к задержке вредных изменений внутри популяций сельскохозяйственных культур после принятия ими масштабных решений.

Долгоживущие плодовые деревья могут избежать некоторых повреждений, поскольку садоводы отбраковывают слабые деревья в течение многих сезонов, прежде чем их саженцы будут пересажены. Обмен генами в естественных условиях также мог со временем привести к возвращению более здоровых вариантов генов в культурные сорта яблок через пыльцу и семена.

Сигнал на хромосоме 9, одном из участков ДНК внутри клеток, связал яблоки, предназначенные для сидра, со временем цветения в ходе сравнения. Близлежащие участки ДНК могут контролировать момент включения генов, влияя на цветение деревьев, их реакцию на весенние холода или необходимость избегать поздних заморозков. Сигнал не попадал в основные области, выбранные для анализа качества плодов или наличия заболеваний.

Такое разделение показывает, что полезные признаки могут скрываться за пределами очевидных целей селекции в ДНК яблони, и эти признаки могут быть упущены при широком поиске. В условиях климатического стресса, затрагивающего яблоневые сады, дикие яблоневые леса теперь служат живым генетическим источником для выживания сельскохозяйственных культур.

Некоторые дикие сородичи обладают устойчивостью к болезням, стрессоустойчивостью и необычными свойствами плодов, которые селекционеры могут использовать в будущих скрещиваниях.

Однако сегодня Malus sieversii сталкивается с потерей среды обитания и климатическим давлением в диких лесах некоторых регионов Центральной Азии.

Защита дикорастущих деревьев позволяет сохранить возможности для развития яблоневых садов в случае появления новых вредителей или ухудшения погодных условий в ближайшие десятилетия.

В современной селекции часто повторно используют успешные родительские деревья, что может ограничивать разнообразие. Привнесение признаков от диких родственников яблони помогает расширить возможности селекционеров при улучшении коммерческих сортов.

Отдельный анализ яблок, хранящихся в Министерстве сельского хозяйства США, также показал, что многие сорта тесно связаны между собой, что подтверждает необходимость более широкого использования генетических ресурсов.

Тем не менее, увеличение естественного разнообразия — это медленный процесс. Селекционерам необходимо сохранять ключевые характеристики, такие как вкус, срок хранения и характеристики деревьев, на протяжении нескольких поколений.

Новые данные предлагают более четкие отправные точки, но не готовый идеальный сорт яблок для садов и рынков. Взятые вместе, история яблок отражают непрерывный обмен между фермерами, лесами, пыльцой и терпеливым человеческим выбором на протяжении столетий.

В перспективе, развитие садоводства может зависеть от сохранения диких сородичей в лесах – до того, как их наиболее ценные свойства будут утрачены в результате продолжающихся климатических изменений.