Все организмы, от бактерий до человека, обладают точными внутренними часами, эндогенными ритмами, которые контролируются циркадными часами. Эти ритмы очень важны для синхронизации организмов с окружающей средой.
Учёные немецкого Института Макса Планка смогли показать, что циркадные ритмы помидоров замедлились в процессе одомашнивания. Это замедление, скорее всего, адаптация растения к удлинению продолжительности светового дня культивируемых видов в результате распространения далеко от родины, с экватора.
Циркадные ритмы представляют собой адаптивный механизм, позволяющий организму подстраиваться под смену окружающих условий (время суток и года, часовой пояс) на физиологическом и поведенческом уровнях в процессе развития. Любой, кто путешествовал через несколько часовых поясов знает, что происходит, когда внутренние часы не синхронизированы с окружающей средой. В настоящее время ученые показали, что это касается различных организмов, в том числе и растений. Более того, что изменение циркадных ритмов помидоров сыграло важную роль в процессе их одомашнивания.
Одомашнивание замедлило биологические ритм помидоров. Листья рассады томатов двигаются вверх и вниз при постоянных условиях. Эти ритмические движения проявление циркадных часов. Суточные движения листьев намного медленнее у культивируемых помидоров (красный), чем у исконно диких родственников (оранжевый). Фото: Niels Müller.
Одомашнивание впервые началось на территории нынешнего Эквадора, где и в наше время вдоль всей протяжённости Андов можно встретить различные виды дикорастущих помидоров. Дикие помидоры сильно отличаются от своих одомашненных культурных родственников и выглядят как обычная трава. Они часто произрастают в довольно экстремальных условиях, как на от морском побережье, так и в горах на высоте более 3000 м. Но несмотря на значительные внешние различия, все дикие виды могут быть легко скрещены с обрабатываемыми помидорами, что даёт источник новых ценных генных признаков, позволяя селекционно выводить новые более устойчивые к болезням сорта. Кроме того, дикие помидоры позволяют генетически сравнить сорта между собой и выявлять наиболее важные гены для одомашнивания.
Сравнивая циркадные ритмы 34 культивируемых сортов с 68 штаммами диких помидоров, исследователи под руководством Хосе М. Хименеса-Гомеса и Нильса Мюллера продемонстрировали замедление циркадных ритмов одомашненных сортов по сравнению с ритмами диких родственников.
"Варианты генов, отвечающие за изменение «внутренних часов» появляются только в культивируемых сортах, но отсутствуют в диких. Они должны были возникнуть в ходе одомашнивания" — поясняет Хименес-Гомес. Выполняя генетический анализ, учёные обнаружили, что наблюдаемое замедление циркадных часов было достигнуто в результате мутаций в 2 генах, один из которых, EID1, определяет как растения реагируют на свет.
Более того, ученые точно определили положительную селекцию на мутантный вариант гена (т. е. сам того не сознавая, человек отдавал предпочтение растениям с измененным EID1).
"Это означает, что человек отбирал томаты с замедленным циркадным ритмом, и это является полезным для культивируемых помидор с точки зрения плодоносности или выносливости" — объясняет Хименес-Гомес.
"Мы считаем, что замедление «внутренних часов» позволило одомашненным помидорам адаптироваться к длине летнего светового дня в новых широтах, после того, как они отошли от экватора."
Люди по мере одомашнивания увозили помидоры через несколько широтных линий всё дальше от экватора из Эквадора в Европу, где день длиннее. Например, в Неаполе (в Италии), продолжительность летнего дня на 3 часа дольше, чем в Эквадоре.
Также как и помидоры, многие культурные растения пережили резкое расширение мест произрастания при одомашниваниии и селекции. Будет интересно изучить вопрос как были связаны миграции такого рода с изменениями во внутренних часах. Анализ циркадных ритмов различных растений и сельскохозяйственных культур может предоставить новые возможности для улучшения сельскохозяйственных культур.
Источник: Phys.org
