История древней кукурузы: как одомашнивали маис 5000 лет назад

Какие именно гены преобладали у предков современных злаков и какие сорта предпочитали выращивать жители Мезоамерики?

Сделать еду из теосинте, древнего предка кукурузы, было совсем непросто. Каждый початок был короче, чем ваш мизинец, и содержал в себе только 12 ядер, заключенных в твердую как камень оболочку. Однако именно из него еще 9000 лет назад обитатели Мексики вывели современную кукурузу, которой сейчас питаются миллионы людей во всем мире.

Ученым давно известны некоторые гены, которые участвовали в этой трансформации. Исследование древней ДНК, проведенное еще в 2016 году двумя независимыми группами исследователей, показало, что происходило с генами в процессе селекции около 5000 лет назад. На снимке видно, как именно генетический состав изменился с течением времени, когда поколения людей начали выводить определенные сорта кукурузы сообразно своим предпочтениям.

Первые находки в этой области датируются 1960-ми годами, когда археолог Ричард Маккнейш раскапывал пещеру на территории Теуаканской долины в Мексике, где находился своего рода сельскохозяйственный центр Мезоамерики. В сухом, защищенном от света и иных воздействий окружающей среды месте, он обнаружил крошечные, хорошо сохранившиеся початки кукурузы, чей возраст составил порядка 5300 лет. На каждом из початком было всего 50 ядер (для сравнения, на современных початках их около 1000).

Почти 60 лет спустя, после появления современных инструментов секвенирования, генетик Жан Филипп Велье-Кальзада в Национальной лаборатории геномики, расположенной в Ирапуато, Мексика, и его коллеги поставили перед собой задачу выяснить, какие именно гены оказались предпочтительнее для древних фермеров. Ученый был обеспокоен тем, что музейные образцы находок в настоящее время скорее всего повреждены в условиях неправильного хранения или обработки. Поэтому он и его команда решили вернуться в пещеры в Теуаканской долине. Один из бывших студентов Маккнейша, Ангел Гарсиа Кук, вызвался быть проводником. «Он прекрасно помнил дорогу, у него на руках были все необходимые карты. Он пошел с нами в возрасте 73 лет, а во времена первого похода ему было всего 21», — удивляется Жан.

Тогда команда обнаружила несколько образцов в пещере Сан-Маркос, чей возраст составляет около 5000 лет. Они экстрагировали ДНК и разбили его на короткие фрагменты для секвенирования, после чего компьютер реконструировало эти фрагменты, составив таким образом модель 35% генома древней кукурузы. В итоге, как сообщалось в исследовании, было опознано 8 генов, влияющих на ключевые черты растения. Початки содержали современные варианты tb1, который повышал урожайность, а также bt2, который увеличивал содержание крахмала и сахаров в ядрах. Также были найдены варианты генов теосинте, заключающие ядра в жесткие оболочки — признак того, что одомашнивание культуры было лишь частичным.

В то же самое время, ареолог Натан Уолес из Копенгагенского университета вместе со своими коллегами исследовали оригинальные образцы, собранные Маккнейшем, которые хранились в музее Андовера, штат Массачусетс. В результате ученые расшифровали геном древних початков под названием Tehuacan162. Команда Уолеса смогла восстановить 21% генома и в результате подтвердила данные генетиков. Но Tehuacan162 также содержал более современный вариант гена tga1, что привело к тому, что оболочки стали менее жесткими, и зерна можно было разжевать намного легче. Команда Уолеса также обнаружила еще один ген теосинте, который упустили генетики из Мексики: zagl1, который позволяет ядрам легко выпадать из початков. Эти различия могут указывать на то, что Tehuacan162 пришел из другой популяции кукурузы, а значит одомашнивание все еще продолжалось.

Роберт Хард, археолог из Техасского университета в Сан-Антонио, соглашается и отмечает, что если два исследования дополняют и подтверждают друг друга, то вероятность узнать правду о мезоамериканских фермерах повышается в разы. Кроме того, знание истории генетического развития кукурузы поможет современным селекционерам адаптировать культуру к условиям глобального потепления.