Одомашнивание кукурузы — один из величайших примеров влияния человечества на эволюцию. Благодаря селекции, которую вели ранние фермеры в доиндустриальный период, кукуруза превратилась из почти несъедобной культуры в основной мировой источник питания, которым она является сегодня. Профессора Лаборатории Колд-Спринг-Харбор Роб Мартиенссен и Томас Гингерас изучают генетику, лежащую в основе выбора, сделанного фермерами 9 000 лет назад. Их цель — лучше понять, как происходит эволюция, и помочь современным фермерам модернизировать кукурузу, чтобы она могла расти в суровых условиях.
Для этого ученые запустили новую геномную энциклопедию под названием MaizeCODE. Исследовательский проект основан на энциклопедии элементов ДНК (ENCODE). Цель ENCODE — выявить функциональные элементы в геноме человека. Гингерас был одним из главных исследователей этого проекта. Он объясняет: «Первоначальная цель — и она была повторена в работе над MaizeCODE — состоит в том, чтобы найти все участки генома, которые кодируют оперативную и кодирующую информацию, используемую клеткой для воспроизводства и выполнения клеточных функций».
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, сотрудники лабораторий Гингераса и Мартиенссена проанализировали регуляторные последовательности в пяти различных типах тканей трех штаммов кукурузы и ее предка теосинте. Они обнаружили сотни тысяч регуляторных областей, называемых энхансерами, которые помогают включать и выключать гены в растениях.
Также ученые увидели, что у кукурузы есть несколько тысяч «суперэнхансеров». Каждый из них контролирует сразу несколько генов. Невероятно, но суперэнхансеры подверглись сильному отбору, когда кукуруза была одомашнена 9 000 лет назад. Мартиенссен объясняет: «Теперь мы можем сказать, что одомашнивание кукурузы было действительно сосредоточено — возможно, неосознанно — на отборе довольно узкого набор супергенов в початках кукурузы».
Помимо расширения нашего понимания эволюции, эти открытия могут помочь указать путь к созданию новых штаммов кукурузы. Мартиенссен и Гингерас получили грант на создание культур, которые смогут расти в почве с высоким содержанием алюминия. Такие условия распространены в Южной Америке. Ученые будут использовать MaizeCODE, чтобы найти все регуляторные области, которые отвечают за наделение кукурузы и сорго устойчивостью к алюминию.
Но это не единственное применение MaizeCODE. База данных генома может однажды помочь фермерам в дальнейшем улучшении урожая кукурузы. Представьте себе растения, более устойчивые к болезням или засухам. А еще лучше — культуры с более высокой урожайностью, которые смогут прокормить больше людей. MaizeCODE поможет сделать все это возможным. А поскольку данные находятся в открытом доступе, ими могут воспользоваться биологи и селекционеры по всему миру.
[Фото: Jon Cahn/Martienssen lab/CSHL]
