Wykorzystując krzyżówkę jęczmienia kompozytowego II (CCII), eksperyment rozpoczęty w 1929 r., naukowcy zaobserwowali szybką adaptację jęczmienia w długoterminowym badaniu, podkreślając jego przetrwanie i ewolucję pod wpływem różnych nacisków środowiskowych. Wyniki ujawniają znaczącą adaptację do klimatu, szczególnie w zakresie czasu reprodukcji, ale zauważają również, że ten sukces adaptacyjny nie korelował z najwyższym plonem w porównaniu z tradycyjnymi metodami hodowli. Źródło: SciTechDaily.com

Długoterminowe badanie od 1929 r. ujawniło istotne spostrzeżenia na temat ewolucji jęczmienia, pokazując jego adaptację do różnych środowisk i znaczący wpływ doboru naturalnego. Badania te podkreślają ograniczenia hodowli ewolucyjnej i podkreślają potrzebę dalszych badań w celu zwiększenia plonów.

Wykorzystując jeden z najstarszych na świecie eksperymentów biologicznych, który rozpoczął się w 1929 r., naukowcy ujawnili, jak jęczmień, główna uprawa, był pod wpływem presji rolniczej i jego ewoluującego środowiska naturalnego. Odkrycia te podkreślają znaczenie długoterminowych badań w zrozumieniu dynamiki adaptacyjnej ewolucji.

Przetrwanie roślin uprawnych po ich rozproszeniu w różnych środowiskach jest klasycznym przykładem szybkiej adaptacyjnej ewolucji. Na przykład jęczmień, ważna neolityczna uprawa, rozprzestrzenił się szeroko po udomowieniu ponad 10 000 lat temu, stając się podstawowym źródłem pożywienia dla ludzi i zwierząt gospodarskich w Europie, Azji i Afryce Północnej w ciągu zaledwie kilku tysięcy pokoleń. Tak szybka ekspansja i uprawa poddały roślinę silnym naciskom selekcyjnym, w tym sztucznej selekcji pożądanych cech i selekcji naturalnej poprzez zmuszenie do adaptacji do różnych nowych środowisk.

Wnioski genetyczne z eksperymentu Barley Composite Cross II

Chociaż wcześniejsze badania wczesnych odmian jęczmienia pozwoliły zidentyfikować część genetycznej historii populacji rośliny i zmapować loci genetyczne, które przyczyniły się do jej rozprzestrzeniania, szybkość i ogólną dynamikę tych procesów trudno określić bez bezpośredniej obserwacji. Wykorzystując jeden z najstarszych i najbardziej długoterminowych eksperymentów ewolucyjnych na świecie, krzyżówkę kompozytową jęczmienia II (CCII), Jacob Landis i współpracownicy obserwowali proces lokalnej adaptacji jęczmienia przez prawie stulecie. CCII to wielopokoleniowy eksperyment w ogrodzie wspólnym, który rozpoczął się w 1929 r. w celu dostosowania genetycznie zróżnicowanej populacji 28 odmian jęczmienia do warunków środowiskowych Davis w Kalifornii.

Chociaż eksperyment rozpoczął się od tysięcy genotypów wiele dekad temu, Landis i in. pokazują, że selekcja naturalna drastycznie zmniejszyła tę różnorodność, eliminując niemal wszystkie genotypy założycielskie, co doprowadziło do dominacji pojedynczej linii klonalnej stanowiącej większość populacji. Zmiana ta nastąpiła szybko, a linia klonalna została ustanowiona w 50. pokoleniu. Zgodnie z wynikami, ta udana linia składa się głównie z alleli pochodzących ze środowisk śródziemnomorskich, takich jak Davis. Ponadto autorzy pokazują, że geny będące celem selekcji wskazują na ważną rolę w klimacie podczas adaptacji, w tym silną selekcję w zakresie czasu reprodukcji.

„W tym eksperymencie znaleźliśmy znaczące dowody na to, że lokalna adaptacja dominuje nad ewolucją. Jednak pomimo wczesnych, szybkich wzrostów wydajności w CCII, ewolucyjne podejście hodowlane nie nadążało za zyskami obserwowanymi w metodach hodowlanych opartych na rodowodzie” – pisze Landis i in. „Zrozumienie, dlaczego najbardziej konkurencyjne genotypy wytworzone podczas lokalnej adaptacji niekoniecznie przynoszą największe plony, będzie w przyszłości przedmiotem ogromnego zainteresowania”.

Odniesienie: „Dobór naturalny napędza wyłaniającą się jednorodność genetyczną w eksperymencie na skalę stulecia z jęczmieniem” autorstwa Jacoba B. Landisa, Angeliki M. Guercio, Keely E. Brown, Christophera J. Fiscusa, Petera L. Morrella i Daniela Koeniga, 12 lipca 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adl0038