Научен пробив: Учените разкриха как пшеницата е покорила планетата

Международно проучване изясни как пшеницата се е превърнала в най-важната култура, с която се изхранват 8 млрд. души. В действителност според редица оценки пшеницата не би трябвало да се разпространи толкова далеч отвъд Плодородния полумесец, където се е появила за първи път. Но тя е успяла. Според проучване на консорциума Open Wild Wheat Consortium (OWWC) тайната на успеха се крие в генетичното разнообразие на една дива трева, наречена Aegilops tauschii, която чрез кръстосване е осигурила на пшеницата ключовия D-геном. Гените на Aegilops tauschii от цял свят се сливат в генома на пшеницата, създавайки невероятно генетично разнообразие. Без тази смесица от генетичен материал вероятно нямаше да ядем хляб в мащабите, в които го правим днес.

Хлебната пшеница е хибрид от три диви треви, съдържащ три генома (A, B и D) в едно растение. Пшеницата е получила един от тези типове (D) от дивата трева Aegilops tauschii преди 8-11 000 години в Плодородния полумесец. Пшеницата е възникнала в резултат на случайно кръстосване на растенията от южния бряг на Каспийско море. Благодарение на високото си съдържание на глутен от нея се произвежда хляб с необикновено качество: ефирен и еластичен. Фермерите бързо забелязали това предимство и започнали активно да отглеждат новата култура.

Бързото географско разпространение на пшеницата озадачи голям брой изследователи. Вече няма дива пшеница, а хибридизацията, при която към съществуващите геноми А и В на пшеницата е добавен новия геном D, е довела до драстично намаляване на генетичното разнообразие в сравнение с околните диви зърна. Ефектът на „гърлото на бутилката“ се засилва от самоопрашването. Изглежда, че за пшеницата би трябвало да е трудно да пусне корени на нови места. Но тя все пак успява да се разпространи далеч отвъд Плодородния полумесец.

За да се справи с това предизвикателство, международен екип от изследователи създаде обширна генетична база данни на дивата зърнена култура Aegilops tauschii, включваща 493 уникални генома. Данните обхващат район от Северозападна Турция до Източен Китай. Въз основа на тази база данни е разработен пангеном на Aegilops tauschii (наборът от всички гени), който позволява сравнителни анализи на геномите. Използвайки пангенома, учените анализираха геномите на 80 000 местни сорта пшеница.

Резултатите показват, че около 75% от D-генома на пшеницата произхожда от L2 линията на дивата зърнена култура Aegilops tauschii, която произхожда от южната част на Каспийско море. Останалите 25% от генетичния материал произхождат от други линии на този вид в целия му ареал. Именно генетичното разнообразие, получено от различните линии на Aegilops tauschii, е изиграло решаваща роля за адаптирането на пшеницата и разпространението ѝ по света.

Едно по-ранно проучване разкрива съществуването на отделна линия на Aegilops tauschii в днешна Грузия и Кавказ, на 500 км от Плодородния полумесец. Тази линия Aegilops tauschii (L3) дава на пшеницата най-известния ген, отговорен за качеството на тестото. Учените изказват хипотезата, че ако някога пшеницата е била кръстосана с дива зърнена култура от Грузия, то съвременните сортове, особено тези, които произхождат от този регион, би трябвало да запазят повече гени от тази дива зърнена култура. Това е подобно на начина, по който в гените на съвременните хора са останали следи от кръстосване с неандерталците.

След като извършили анализа, учените потвърдили своята хипотеза. Оказало се, че пшеницата, отглеждана в Грузия, съдържа седем пъти повече гени L3, отколкото пшеницата от Плодородния полумесец. Тези данни потвърждават: пшеницата е възникнала на юг от Каспийско море, след което с миграцията и развитието на земеделието се е разпространила в Грузия. Там, в резултат на обмена на гени и кръстосването с уникална, генетично различна и изолирана линия L3, пшеницата е придобила нов генетичен материал.

Освен че разгадава дългогодишна биологична загадка, откриването на дивия житен панген Aegilops tauschii позволява на учените да открият нови гени за създаване на сортове пшеница, които са устойчиви на болести и климатични промени.