Majsgenetik giver indsigt i de afgrøder, der er historiske spredt over hele Amerika

Iowa State University-forskere har taget en rejse gennem fortiden ved at studere de genetiske ændringer i majs forårsaget af domesticering.

En undersøgelse offentliggjort i det peer-reviewede akademiske tidsskrift Genom Biologi sætter fokus på, hvordan demografi, eller ændringer i befolkningsstørrelse, formede majsens genetik. Undersøgelsen viser, hvordan genetiske "flaskehalse" påført af domesticering af majsplanter øgede forekomsten af ​​ugunstige mutationer, der findes i afgrødens genom i dag. Matthew Hufford, en adjunkt i økologi, evolution og organismebiologi og senior korresponderende forfatter af undersøgelsen, denne forståelse af en afgrødes historie gør det muligt for videnskabsmænd at forudsige med større nøjagtighed, hvordan domesticerede arter kan reagere på nye miljøforhold.

Undersøgelsens vigtigste resultater er opsummeret i en animeret video fra tidsskriftet.

Majs blev først tæmmet omkring 10, 000 år siden i det centrale Mexico ved at vælge ønskværdige træk af teosinte, en art af vildt græs. Siden da, tamme majs har spredt sig over hele Amerika. Men, da tidlige landmænd valgte planter for specifikke egenskaber, der var ønskelige til afgrødeproduktion, de skabte en flaskehals, der begrænsede mangfoldigheden af ​​den tilgængelige genpool.

"Naturlig udvælgelse fungerer normalt bedst, når du har større populationer, " sagde Hufford. "Ellers, drift og tilfældigheder kan øge mængden af ​​skadelige alleler, og det er det, vi ser her."

De skadelige alleler, eller ugunstige mutationer i majsgenomet, øget i hyppighed som følge af domesticering og blev endnu mere almindelig, da majs spredte sig længere fra dets oprindelsessted, ifølge undersøgelsen. Disse mutationer gør det sværere for planterne at overleve og formere sig.

For eksempel, Hufford sagde majssorter i Andes-regionen i Sydamerika, hvor geografisk isolation lægger evolutionært pres på afgrøder, viser forhøjet antal skadelige mutationer.

Hufford og hans forskerhold, herunder hovedforfatteren og postdoc-forskeren Li Wang, sekventerede genomerne af 31 majssorter og fire teosintesorter til undersøgelsen. Geografiske sammenligninger, samt analyser af forskellige genetiske markører, gjorde det muligt for forskerne at sammensætte en evolutionær tidslinje. Tidslinjen viser en opdeling mellem vilde og tamme arter omkring 10, 000 år siden.

Men Hufford sagde genflow, eller krydsning af domesticerede arter med teosinte, kan have hjulpet majsplanter med at tilpasse sig nye miljøforhold, da majs spredte sig til højhøjdeområder på tværs af kontinenter og kan også have reduceret antallet af skadelige alleler i majs. Denne nye forståelse kan hjælpe videnskabsmænd med at forudsige, hvordan andre domesticerede arter, såsom afgrøder, kan være i stand til at tilpasse sig nye geografiske og miljømæssige omgivelser, sagde Hufford.