Pszenica, która obejmuje pszenicę chlebową i jej pokrewne, jest podstawową uprawą żywności, która żywi około 35% światowej populacji. Jako jedna z pierwszych starożytnych upraw, które pojawiły się na Żyznym Półksiężycu, pszenica była uprawiana przez ponad 10 000 lat od „rewolucji neolitycznej” i jest uważana za siłę transformacyjną w społeczeństwie ludzkim. Jednak pomimo jej znaczenia gospodarczego i bliskiej więzi z ludzkością, historia populacji pszenicy jest nadal niejasna.

W nowym badaniu opublikowanym w Natura Roślinynaukowcy pod kierunkiem LU Fei z Instytutu Genetyki i Biologii Rozwoju (IGDB) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) odkryli historię ewolucji pszenicy podczas holocenu.

W tym badaniu ZHAO Xuebo, GUO Yafei i ich koledzy z grupy LU zebrali sekwencje całego genomu 795 przystąpienia pszenicy z sześciu gatunków i 25 podgatunków w rodzajach Triticum I Aegilops (pszenica). Następnie skonstruowali mapę zmienności genetycznej pszenicy na poziomie rodzaju (VMap 1.1) z około 78 milionami polimorfizmów pojedynczych nukleotydów.

Korzystając z modelowania demograficznego danych genomowych, naukowcy odkryli, że pszenica chlebowa pochodzi z zdarzenia poliploidyzacji w pobliżu południowo-zachodniego wybrzeża Morza Kaspijskiego. Jednak ciągły przepływ genów od jej krewnych doprowadził do powolnego procesu specjacji pszenicy chlebowej, który trwał około 3000 lat. Następnie pszenica chlebowa szybko rozprzestrzeniła się w Eurazji, docierając do Europy, Azji Południowej i Azji Wschodniej między około 7000 a 5000 lat temu (ryc. 1).

Trans-euroazjatyckie rozproszenie ukształtowało ogólnie zróżnicowany, ale czasami zbieżny krajobraz adaptacyjny pszenicy chlebowej: naukowcy odkryli, że trzy niezależne mutacje powodujące utratę funkcji w genie głównego okresu kwitnienia (Ppd-D1), nadając fenotypy wczesnego kwitnienia, pomógł pszenicy chlebowej przystosować się odpowiednio do Europy, Azji Wschodniej i Azji Południowej.

Pokrewni upraw są cenni dla hodowli odpornych upraw w zmieniającym się klimacie. Jednak naukowcy zidentyfikowali niepokojący spadek wielkości populacji niektórych najbardziej krytycznych krewnych pszenicy chlebowej z powodu zmian w diecie ludzi i podatności na przyszłe zmiany klimatu (ryc. 2). Na przykład wielkość populacji diploidów i tetraploidów w Triticum spadła o 82% w ciągu ostatnich 2000 lat. Odkrycie to podkreśla pilną potrzebę ochrony i zachowania różnorodności biologicznej pszenicy.

Podsumowując, niniejsze badanie zapewnia kompleksowy zestaw modeli demograficznych, które odkrywają historię populacji pszenicy chlebowej i jej krewnych oraz utorowały drogę do skutecznego rozbioru genetycznych mechanizmów adaptacji pszenicy.

Oczekuje się, że odkrycia te wesprą świadome wysiłki na rzecz ochrony różnorodności biologicznej pszenicy i wyhodowania w przyszłości upraw odpornych na zmianę klimatu.

Prace te były wspierane przez Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych, Priorytetowy Program Badań Strategicznych CAS, Narodowy Kluczowy Program Badań i Rozwoju Chin oraz Hainan Yazhou Bay Seed Lab.