После десятилетий исследований было выявлено место появления современного хлопка

Фото из открытых источников

Хлопок настолько распространен, что большинство людей редко задумываются о его происхождении. Он заполняет шкафы, дома, больницы и фабрики по всему миру. Однако мягкие белые волокна, используемые в современном текстиле, сильно отличаются от хлопка, произрастающего в дикой природе. Дикорастущие хлопковые растения образуют гораздо меньшие коробочки и более короткие, темные волокна.

На протяжении тысячелетий люди превратили эти растения в одну из важнейших сельскохозяйственных культур в мире. Ученые давно хотели точно выяснить, где именно началась эта трансформация.

Новое исследование дало наиболее ясный ответ на сегодняшний день. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Сочетая недавно собранные образцы дикого хлопка с передовым генетическим анализом, исследователи проследили происхождение современного хлопка до разнообразной дикой популяции на полуострове Юкатан в Мексике. Путь к разгадке этой загадки занял гораздо больше времени, чем само исследование.

Джонатан Вендел, заслуженный профессор экологии, эволюции и биологии организмов в Университете штата Айова, большую часть своей карьеры посвятил изучению генетики хлопчатника.

«Это мой 40-й год работы на факультете, и я пришел сюда именно с этим проектом. И потребовалось 40 лет, чтобы разработать ресурсы, инструменты и технологии для решения этой проблемы», — сказал он.

Ученые годами подозревали, что полуостров Юкатан является родиной одомашненного хлопка. Более ранние исследования указывали в этом направлении, но имеющихся данных было недостаточно для окончательного решения вопроса. Современное секвенирование генома изменило правила игры.

По мере того, как технологии становились быстрее и доступнее, исследователи получили возможность сравнивать сотни геномов хлопчатника с поразительной точностью.

Трудность заключалась в том, чтобы найти достаточное количество дикорастущих хлопковых растений для изучения. Вендель десятилетиями собирал образцы с полок гербариев и из естественных мест обитания по всему Карибскому региону и за его пределами.

«Если во всем, на что вы смотрите, наблюдается невероятное разнообразие, значит, вы явно еще не достигли насыщения. Но если следующие 10 вещей выглядят так же, как и последняя выбранная вами вещь, и все они образуют плотный кластер, то зачем продолжать дублировать?» — сказал Вендел.

В рамках проекта также использовались обширные полевые исследования известных популяций дикого хлопка на территории Юкатана.

Коррин Гровер, научный сотрудник и доцент Университета штата Айова, руководила большей частью работ по секвенированию и анализу данных.

«Наши коллеги проделали потрясающую работу по стратегическому отбору проб по всему Юкатану, и как только мы получили данные секвенирования, стало совершенно ясно, откуда это взялось», — сказала она.

Исследователи сравнили геномы хлопчатника несколькими способами. Они измерили генетические различия между растениями и изучили, какие популяции наиболее тесно связаны между собой.

Результаты неизменно указывали на северо-западный угол полуострова Юкатан. Считается, что одомашнивание хлопка началось там около 5000 лет назад.

«По сути, мы создаём огромные, основанные на данных, генеалогические базы данных этих растений, точно так же, как это можно делать с людьми», — сказал Вендел.

После того как хлопок распространился за пределы своей родины, один вид выделился среди остальных. Мексиканский вид, Gossypium hirsutum, широко известный как хлопчатник обыкновенный, в конечном итоге стал доминирующей формой, выращиваемой во всем мире. Сегодня на него приходится около 90% всех хлопковых растений.

Другие сорта хлопка были одомашнены независимо друг от друга в таких местах, как Южная Америка, Африка и Индия. Тем не менее, выращивание хлопка на возвышенностях неуклонно расширялось, пока не стало основным мировым источником натурального текстильного волокна.

Исследователи обнаружили, что этот успех не был достигнут благодаря нескольким радикальным генетическим изменениям. Вместо этого, по всей видимости, это стало результатом многолетнего постепенного улучшения, когда фермеры отбирали растения с желаемыми характеристиками.

Доместикация часто приводит к генетическому «узкому месту». Фермеры выбирают растения с полезными характеристиками и многократно проводят их селекцию. Со временем многие другие генетические признаки исчезают из популяции.

«Когда люди одомашнивают растение, они отбирают лучшие экземпляры из большой популяции, а все остальные остаются невостребованными. Если делать это на протяжении 1000 поколений, то генетическая база будет очень узкой», — сказал Вендель. «Поэтому нас очень интересует это невероятное генетическое разнообразие. Мы хотим знать, что еще существует в этой области».

Исследование показало, что два случайно выбранных диких растения хлопчатника из северо-западной части Юкатана содержат в среднем вдвое больше генетических различий, чем два случайно выбранных современных сорта хлопчатника.

«Как оказалось, культивируемый хлопок появился в результате очень небольшого генетического «бутылочного горла», — сказал Вендель.

Ценность этих открытий выходит далеко за рамки разгадки древней тайны. Дикорастущие популяции растений часто обладают признаками, которые помогают им выживать в суровых условиях, противостоять болезням, переносить засоленные почвы или адаптироваться к меняющимся условиям.

Многие из этих признаков могли быть утрачены за тысячи лет селекции. Исследователи заметили, что хотя одомашненные хлопковые растения дают более крупные и пушистые коробочки, дикие растения в целом часто выглядят более здоровыми.

«Мы знаем, что в диких популяциях есть генетические признаки, которые могут быть полезны, если мы сможем выяснить, что это за признаки, и внедрить их в одомашненный хлопок», — говорит Гровер. «Теперь у нас есть все эти данные с Юкатана, и они готовы к обработке».

По мере обострения климатических проблем и роста сельскохозяйственных потребностей эти забытые гены могут стать одними из самых ценных ресурсов хлопка. Понимание происхождения хлопка может помочь ученым создать более сильные и устойчивые к внешним воздействиям сельскохозяйственные культуры в будущем.