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Science:5000年“棒子”揭示玉米驯化

摘要 : 用墨西哥类蜀黍做一顿饭可不是一件容易事。这种草本植物是玉米的古老祖先,每一根棒子比你的小拇指还要短,并且仅有12个谷粒隐藏在坚硬的鞘中。

 

基因显示,这个有5300 年历史的玉米棒子是半驯化的产物

用墨西哥类蜀黍做一顿饭可不是一件容易事。这种草本植物是玉米的古老祖先,每一根棒子比你的小拇指还要短,并且仅有12个谷粒隐藏在坚硬的鞘中。然而距今约9000年前开始在墨西哥与美国发生的一切,戏剧性地展示了驯化的力量。这些来自西南部的墨西哥类蜀黍最终被改造成为今天在全世界养活了数亿人口的多粒玉米。

研究人员之前已经确定了有少量基因与上述转化有关。如今,两个独立研究团队对古脱氧核糖核酸(DNA)进行的研究展示了这些植物的基因在约5000年前的中期驯化中发生了什么。该研究揭示了随着时间的推移,一代又一代的人根据他们喜爱的特征选择植物,进而使植物的遗传特性发生了变化。

并未参与该项研究的加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学人类学家Michael Blake表示:“这些研究成果重塑了我们对于这一早期阶段所关注的焦点。”他说:“它们暗示了玉米驯化之后的发展,并且有助于我们了解人们在当时的选择。”

科学家在上世纪60年代首次发现了人类对玉米的驯化,当时美国考古学家Richard MacNeish在墨西哥的Tehuacán山谷进行挖掘工作。在干旱而黑暗的环境中,他发现了一些保存完好的玉米棒子,其年代可以追溯到距今5300年前。每个玉米棒子大概有50个谷粒,相比之下,现代的玉米有1000个谷粒。

在将近60年后,伴随着现代基因测序工具的出现,墨西哥伊拉波图市基因组生物多样性国家实验室先进研究中心遗传学家Jean Philippe Vielle-Calzada和他的同事,想要找出有哪些基因在古代的驯化过程中无意识地被选择了。但他担心如今存放在博物馆中的MacNeish的标本被不正确的操作或储存破坏了。因此Vielle-Calzada和研究团队决定重回Tehuacán山谷。

虽然MacNeish已经去世,但他的学生Angel Garcia Cook充当了向导。“他有所有的地图,他也知道在哪里挖掘。”Vielle-Calzada说:“他73岁时与我们重返那里。而他第一次去Tehuacán山谷时只有21岁。”

研究人员在圣马科斯洞穴发现了几个具有5000年历史的新标本。他们使用鸟枪法测序了3根玉米棒子,并提取了DNA,随后将其分割为小的片段进行测序。计算机软件之后将这些DNA片段重新组装起来,最后重建了超过35%的古玉米基因组。

Vielle-Calzada的研究团队发现有8个基因影响了玉米的关键特征。研究人员日前在美国《国家科学院院刊》上报告了这一研究成果。他们发现,这些玉米携带了tb1(使植物更加容易收获)和bt2(有助于促进淀粉含量并提高谷粒甜味)的现代变体。

与此同时,丹麦哥本哈根大学考古学家Nathan Wales和同事发现了MacNeish的原始样本——在马萨诸塞州安多佛的一家博物馆中保持了60年。他与同事用鸟枪法对这个名为Tehuacan162的具有5300年历史的玉米棒子的基因组进行了测序研究。

Wales的研究团队能够对这根玉米棒子基因组的21%进行测序。最终的结果证实并补充了Vielle-Calzada研究团队的发现。他们在最新出版的《当代生物学》杂志上报告指出,这个博物馆中的玉米棒子同样携带了td1和bt2的现代变体。

玉米起源于美洲大陆,原产地是墨西哥或中美洲。哥伦布发现新大陆后,把玉米带到了西班牙,随着世界航海业的发展,玉米逐渐传到了世界各地,并成为最重要的粮食作物之一。玉米是世界上分布最广的作物之一,从北纬58度到南纬35~40度的地区均有大量栽培。

原文链接:

5000-year-old cobs reveal corn domestication in the act

原文摘要:

It wasn’t easy to make a meal of teosinte, a grass that was the ancient precursor to maize. Each cob was shorter than your little finger and harbored only about 12 kernels encased in rock-hard sheaths. But in a dramatic example of the power of domestication, beginning some 9000 years ago people in Mexico and the U.S. Southwest transformed teosinte into the many-kerneled maize that today feeds hundreds of millions around the world.

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