Эволюция черт корней кукурузы связана с изменениями окружающей среды и деятельностью человека, показывает исследование

от

Кукуруза была одомашнена из своего предка — теосинте — в центральной Мексике около 9 тысяч лет назад. Люди выборочно разводили дикое растение, превращая его мелкие зёрна с твёрдой оболочкой в крупные, вкусные початки кукурузы, которые мы знаем сегодня.

На протяжении веков черты корней кукурузы — ныне наиболее широко возделываемой культуры в США и второй по площади посевов в мире — эволюционировали в ответ на изменение условий окружающей среды и сельскохозяйственной практики человека.

Роль корней в одомашнивании сельскохозяйственных культур

Роль корней в одомашнивании сельскохозяйственных культур в ответ на меняющиеся обстоятельства остаётся неясной. Поскольку это может быть актуально в настоящее время, когда из-за потепления климата кукуруза и другие культуры испытывают стресс, группа исследователей под руководством учёных-ботаников из Пенсильванского государственного университета провела исследование, чтобы понять, как эволюционировались черты корней кукурузы во время её одомашнивания.

Методы исследования

Исследователи изучили ДНК древних растений кукурузы и проанализировали палеонтологические данные — окаменелости древних растений, а также пыльцу и химические сигнатуры, — которые дают представление об истории жизни растений. Они также проанализировали, как доисторические уровни углекислого газа в атмосфере и человеческая деятельность влияли на эти черты.

Для моделирования роста и эволюции корней кукурузы учёные использовали программу OpenSimRoot Model — компьютерную программу, предназначенную для моделирования реакции сельскохозяйственных культур на почвенные условия. Программа разработана в Колледже сельскохозяйственных наук Пенсильванского государственного университета. Команда недавно опубликовала свои выводы в журнале New Phytologist.

Основные изменения корней

Исследователи сообщили, что в процессе трансформации от теосинте до кукурузы произошли три основных изменения корней:
* уменьшение количества узловых корней — неглубоких корней, которые растут от основания стебля;
* развитие многослойной кортикальной склеренхимы — толстостенных клеток в корне, которые помогают корням проникать в более глубокие слои почвы (ранее это было обнаружено исследователями из Пенсильванского государственного университета);
* увеличение количества первичных корней — корней, которые развиваются первыми и помогают проросткам получать доступ к питательным веществам.

«Мы реконструировали фенотипы корней кукурузы и теосинте, а также условия окружающей среды в долине Теуакан — одном из старейших регионов одомашнивания кукурузы — за последние 18 тысяч лет, используя комбинацию древней ДНК, палеонтологии и функционально-структурного моделирования, чтобы реконструировать, как черты корней эволюционировали с течением времени», — сказал руководитель группы Джонатан Линч, заслуженный профессор питания растений, старший автор исследования.

«Исследование показывает, что фенотипы корней, которые повышают производительность растений в условиях азотного стресса, были важны для адаптации кукурузы к меняющимся сельскохозяйственным практикам», — отметил Линч.

Автор исследования

Первый автор исследования Иван Лопес-Вальдивиа, получивший докторскую степень в области наук о растениях в Пенсильванском государственном университете в 2024 году, проследил следующую временную шкалу эволюции черт корней:

Хотя исследователи заглянули далеко в прошлое, проводя своё исследование, Линч предположил, что выводы могут иметь значение для будущего, поскольку кукуруза является одной из наиболее важных сельскохозяйственных культур в мире, а климат меняется, уровень углекислого газа в атмосфере растёт, а почвы меняются.

«Мы изучили ДНК древних образцов растений кукурузы и использовали данные об окружающей среде из кернов почвы, которые получили археологи, объединили всё это и сказали: „Хорошо, когда кукуруза была первоначально одомашнена, мы изменили окружающую среду“, — объяснил он.

«Количество углекислого газа в атмосфере менялось, и растению пришлось развивать другую систему корней. Это не только интересно с исторической точки зрения — ведь именно так мы получили современную кукурузу — но также даёт некоторое представление о том, что мы можем сделать с корнями кукурузы в будущем, чтобы адаптировать их к меняющимся условиям».

Предоставлено Пенсильванским государственным университетом

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте