«В природе нет ничего подобного», — сказал Джонатан Вендел, показывая посетителю своего офиса в Бессей-Холле длинные белые волокна, свисающие с коробочек хлопчатника — защитной цветочной капсулы растения, которое люди культивируют уже тысячи лет. В дикой природе коробочки хлопчатника гораздо меньше, а волокна в них темнее, грубее и короче.
Как мы дошли до такого? Вендел, выдающийся профессор экологии, эволюции и биологии организмов в Университете штата Айова, задается этим вопросом уже несколько десятилетий: «Я работаю на факультете уже 40 лет и пришел сюда с этой идеей. Потребовалось 40 лет, чтобы разработать ресурсы, инструменты и технологии для ответа на этот вопрос».
Вендел и его коллеги представили ответ в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Они показали, что недавно собранные образцы дикорастущих растений и расширенный анализ данных геномного секвенирования подтверждают, что современный хлопок был одомашнен из популяции, произрастающей на мексиканском полуострове Юкатан.
Изучение происхождения хлопчатника позволяет лучше понять, как эволюционируют растения. Но, учитывая важность этого растения как сельскохозяйственной культуры — хлопок остается самым распространенным источником натурального текстиля, — есть и прямая практическая польза. Знание о происхождении хлопчатника — это своего рода генетическая карта, указывающая, где искать ценные свойства, такие как устойчивость к болезням или солям, которые были утрачены в процессе селекции.
«Когда люди одомашнивают растение, они отбирают образцы из большой популяции, а все остальное остается. Если так делать на протяжении 1000 поколений, генетическая база будет очень узкой, — говорит Вендел. — Поэтому нас очень интересует дикое генетическое разнообразие. Мы хотим знать, что еще осталось».
То, что родина современного хлопчатника находится на Юкатане, не стало неожиданностью. В ранних исследованиях Вендела использовались менее точные методы, но они позволяли предположить, что полуостров на юго-востоке Мексики, загибающийся к северу, был вероятным местом одомашнивания этого растения — процесса, начавшегося около 5000 лет назад.
С появлением быстрого и доступного метода секвенирования генома стало возможным более точное определение вида. Вендел всю свою карьеру собирал дикий хлопок, просматривая гербарии и изучая побережье Карибского моря в поисках различных видов.
Растения хлопчатника, которые собирали на протяжении многих лет, внесли важный вклад в исследование, но ключевым моментом стал систематический сбор образцов в известных диких популяциях. Корринн Гровер, доцент кафедры экологии, эволюции и биологии организмов, руководила секвенированием новых образцов и анализом сложных данных. «Когда у нас появились данные секвенирования, стало ясно, что именно оттуда они и взялись», — сказала она.
После того как культивируемый хлопок распространился за пределы северо-западного Юкатана, он стал доминировать во всем мире, вытеснив другие сорта, независимо одомашненные в Южной Америке, Африке и Индии. На долю вида, произрастающего в Мексике, — Gossypium hirsutum, также известного как хлопчатник обыкновенный, — сегодня приходится около 90% выращиваемого хлопка. По мнению исследователей, это произошло благодаря постепенному улучшению, а не резким мутациям.
Разнообразие, сохранившееся в дикой природе за тысячи лет селекции, наиболее полно представлено на родине хлопчатника, поскольку одомашнивание приводит к генетическому «бутылочному горлышку», сужая генофонд в последующих поколениях. Исследователи обнаружили, что геномы двух случайно выбранных растений дикого хлопчатника с северо-запада Юкатана в среднем содержат в 2 раза больше генетических различий, чем геномы двух случайно выбранных современных сортов.
«Оказывается, культурный хлопок появился в результате очень узкого генетического "бутылочного горлышка"», — сказал Вендел. Преимущества такого разнообразия очевидны, если пройтись по теплице, где растет как культурный, так и дикий хлопок. У более низких и компактных культурных растений коробочки более пушистые, но их дикие собратья в целом здоровее.
«Мы знаем, что в диких популяциях есть генетические особенности, которые могут быть полезны, если мы выясним, что это за особенности, и внедрим их в одомашненный хлопок, — сказал Вендел. — Теперь у нас есть эти данные с Юкатана, и их можно использовать».
