Пшеница, к которой относится хлебная пшеница и ее родственники, является основной продовольственной культурой, питающей около 35% населения Земли. Будучи одной из первых древних культур, появившихся в Плодородном полумесяце, пшеница культивируется уже более 10 000 лет, начиная с "неолитической революции", и считается преобразующей силой в человеческом обществе. Однако, несмотря на ее экономическую важность и тесную связь с человечеством, история популяции пшеницы до сих пор остается неясной.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Plants, ученые под руководством Лу Фэя из Института генетики и биологии развития (IGDB) Китайской академии наук (CAS) раскрыли эволюционную историю пшеницы в течение голоцена.

В этом исследовании Чжао Сюэбо, Го Яфэй и их коллеги из группы Лу собрали целые геномные последовательности 795 образцов пшеницы шести видов и 25 подвидов из родов Triticum и Aegilops (пшеница). Затем они построили карту генетической изменчивости пшеницы на уровне рода (VMap 1.1), содержащую около 78 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов.

Используя демографическое моделирование геномных данных, исследователи установили, что хлебная пшеница произошла в результате полиплоидизации вблизи юго-западного побережья Каспийского моря. Однако продолжающийся поток генов от ее родственников привел к медленному процессу видообразования хлебной пшеницы, который длился около 3 000 лет. Затем хлебная пшеница быстро распространилась по Евразии, достигнув Европы, Южной Азии и Восточной Азии между 7 000 и 5 000 лет назад.

Трансъевразийское расселение сформировало в целом разнообразный, но иногда сходящийся ландшафт адаптации хлебной пшеницы: исследователи обнаружили, что три независимые мутации потери функции в гене времени цветения (Ppd-D1), передающие фенотипы раннего цветения, помогли хлебной пшенице адаптироваться в Европе, Восточной Азии и Южной Азии соответственно.

Родственные культуры ценны для селекции устойчивых культур в условиях меняющегося климата. Однако исследователи выявили тревожное сокращение численности популяции некоторых наиболее важных родственников хлебной пшеницы из-за изменений в рационе питания человека и уязвимости к будущим изменениям климата. Например, численность популяций диплоидов и тетраплоидов в Triticum сократилась на 82% за последние 2 000 лет. Этот вывод подчеркивает настоятельную необходимость защиты и сохранения биоразнообразия пшеницы.

В заключение, данное исследование предоставляет полный набор демографических моделей, раскрывающих историю популяций хлебной пшеницы и ее родственников, и прокладывает путь к эффективному препарированию генетических механизмов адаптации пшеницы.

Ожидается, что эти результаты будут способствовать обоснованным усилиям по сохранению биоразнообразия пшеницы и выведению устойчивых к климатическим изменениям культур в будущем.