Знакомая нам пшеница мягкая — это гибрид трех диких злаков и, соответственно, содержит три генома (A, B и D). D принадлежит Aegilops tauschii, неприметному сорняку, который  скрестился с ранней культивируемой макаронной пшеницей в плодородном полумесяце где-то между восемью и одиннадцатью тысячами лет назад. Невероятный успех важнейшей зерновой культуры современности, согласно исследованию институтов, входящих в Открытый консорциум дикой пшеницы (OWWC), заключается в генетическом разнообразии Aegilops tauschii.

Случайная гибридизация на берегах южного Каспийского моря породила сельскохозяйственную революцию. Выращивание мягкой пшеницы быстро распространилось по широкому диапазону климатов и почв, поскольку фермеры с энтузиазмом приняли эту динамичную новую культуру с ее высоким содержанием клейковины, которая создает более воздушное эластичное тесто для выпечки хлеба.

Именно такое стремительное географическое продвижение озадачивало исследователей. Дикой мягкой пшеницы не существует: и тот тип гибридизации, который добавил новый геном D к существующим A и B, создал "бутылочное горлышко", в результате чего новый вид получил сокращенное генетическое разнообразие по сравнению с окружающими его дикими травами. Это, в сочетании с тем фактом, что пшеница является самоопыляющимся видом, может указывать на то, что она должна испытывать трудности за пределами своего происхождения в плодородном полумесяце. Так как же она стала широко распространенной?

Чтобы решить эту головоломку, международная группа ученых собрала панель из 493 уникальных образцов, охватывающих географический ареал Aegilops tauschii от северо-западной Турции до восточного Китая. "Эта работа иллюстрирует важность глобального сотрудничества и обмена данными и семенами между странами; мы можем достичь многого, объединяя ресурсы и опыт разных институтов и преодолевая международные границы", – говорит профессор Кристобаль Уауи, руководитель группы в Центре Джона Иннеса и один из авторов работы.

Из этой панели исследователи выбрали 46 образцов, отражающих видовые признаки и генетическое разнообразие, чтобы создать Пангеном – основанную на совокупности множества геномов высококачественную генетическую карту Aegilops tauschii. Используя ее, ученые отсканировали хранящиеся в Международном центре улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT) образцы 80 000 адаптированных к местным условиям сортов, собранных во всех уголках мира.

Эти данные показали, что около 75% генома D мягкой пшеницы произошло из линии (L2) Aegilops tauschii, которая происходит из южного Каспийского моря. Остальные 25% генетического состава получены из линий по всему ареалу. "Этот приток генетического материала из других линий tauschii способствовал и определил успех мягкой пшеницы", — говорит профессор Саймон Краттингер, ведущий автор исследования. — Без генетической жизнеспособности, которую приносит это разнообразие, мы, скорее всего, не ели бы хлеб в тех масштабах, в которых едим сегодня. В противном случае, сегодняшняя хлебная пшеница была бы региональной культурой — важной для Ближнего Востока, но я сомневаюсь, что она стала бы доминирующей в мире без этой пластичности, которая позволила ей адаптироваться".

Предыдущее исследование OWWC выявило существование отдельной линии Aegilops tauschii, географически ограниченной современной Грузией в Кавказском регионе — в 500 километрах от плодородного полумесяца. Эта линия Aegilops tauschii (L3) имеет важное значение, поскольку она дала пшенице самый известный ген, отвечающий за качество теста.

В новом исследовании ученые выдвинули гипотезу, что если речь идет об исторической интрогрессии, сродни генетическому следу неандертальца в геноме человека, то в коллекциях CIMMYT должны быть сорта с более высокой долей этого генома. Анализ показал, что растения из Кавказского региона содержали 7% интрогрессий L3 в геноме, что в семь раз больше, чем у мягкой пшеницы, собранной в плодородном полумесяце.

"Мы использовали образцы L3 tauschii в качестве подопытного кролика для отслеживания гибридизации, — говорит профессор Краттингер. — Данные прекрасно подтверждают картину, где мягкая пшеница появляется в южном Каспии. Затем с миграцией и сельскохозяйственной экспансией она достигает Грузии, а здесь гибридизация со своеобразными, генетически отличными и географически ограниченными образцами L3, приводит к притоку нового генетического материала".

В дополнение к решению этой вековой биологической загадки полученный исходный пангеном Aegilops tauschii и зародышевая плазма, предоставленные OWWC, используются исследователями и селекционерами по всему миру для открытия новых генов устойчивости к болезням, которые защитят посевы пшеницы от вековых сельскохозяйственных заболеваний, таких как пшеничная ржавчина. Также этот вид дикой травы может быть использован для получения климатически устойчивых генов, которые можно вывести в элитные сорта пшеницы.

Исследование опубликовано в журнале Nature.