Dane genetyczne pozwalają odtworzyć historię papryki
Laikom różnorodność genetyczna może wydawać się abstrakcyjnym pojęciem, które interesuje wyłącznie naukowców, jednak rzeczywistość w tym wypadku przekracza wszelkie wyobrażenia. W sytuacji, w której dana populacja staje się mniej zróżnicowana genetycznie, traci zdolność do adaptacji i ewolucji w reakcji na zmiany środowiskowe, w wyniku czego staje się bardziej zagrożona wyginięciem. Dlatego też gdy blisko sto lat temu naukowcy zdali sobie sprawę z przyspieszającego tempa utraty różnorodności genetycznej roślin uprawnych, zaczęto tworzyć banki genów. Banki genów roślin gromadzą sadzonki i nasiona, które stanowią repozytorium materiału genetycznego na potrzeby ochrony gatunkowej i hodowli – pozwalają zachować różnorodność genetyczną gatunków roślin. Współcześnie na całym świecie działa przeszło 1 750 banków genów, w których znajduje się około 7,4 miliona akcesji – grup powiązanych materiałów roślinnych, będących próbkami kultywarów – odmian uprawnych, linii hodowlanych i populacji. W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu G2P-SOL, badacze przeanalizowali dane genetyczne pochodzące z najważniejszych międzynarodowych zbiorów należących do banków genetycznych w celu badania różnorodności genomicznej i struktury populacji dzikiej i udomowionej papryki. Opracowane przez nich badanie skupia się na ewolucji rośliny i stanowi opracowanie modelu dystrybucji gatunku C. annuum, który odzwierciedla historię handlu, a także wpływy historyczne i kulturowe. „Przeprowadziliśmy szeroko zakrojone badania genetyczne obejmujące przeszło dziesięć tysięcy próbek papryki (Capsicum spp.) z banków genów na całym świecie, a następnie wykorzystaliśmy uzyskane w jego wyniku dane do badania historii tego popularnego warzywa”, stwierdził Pasquale Tripodi, jeden z głównych autorów badania, pracownik włoskiej Rady do spraw Badań Rolniczych i Ekonomii będącej partnerem projektu G2P-SOL, w wypowiedzi na potrzeby informacji prasowej opublikowanej na portalu „Phys.org”.
Na co wskazuje duplikacja materiału roślinnego?
W ramach projektu zespół przeprowadził badania genotypowe 10 038 akcesji obejmujących 14 gatunków i podgatunków papryki, pochodzących ze 130 krajów położonych na pięciu kontynentach. Według autorów badania sytuacja, w której zasoby genowe – żywe tkanki, z których można wyhodować nowe rośliny – są udostępniane bez stosownej dokumentacji, często prowadzi do powstawania trudnych do zidentyfikowania duplikatów w bankach genetycznych, co może wpływać na analizy genomiczne populacji. Opracowane w ramach badania dane dotyczące genomów pozwoliły na zidentyfikowanie zduplikowanych akcesji. Ich łączna liczba wyniosła 1 618. „Tak duży stopień duplikacji powinien być bodźcem do opracowania protokołów wstępnych przesiewowych badań genetycznych na potrzeby banków genów, które pozwolą na udokumentowanie potencjalnych duplikatów próbek przy ich pierwszym pozyskaniu”, zauważa jeden z głównych autorów badania, prof. Nils Stein z niemieckiego Instytutu Genetyki Roślinnej i Badań nad Roślinami Uprawnymi imienia Leibniza (IPK). Dzięki analizie różnorodności genetycznej papryki C. annuum i badaniu jej historii, zespół odkrył, że różne rodzaje papryki, których próbki zostały zgromadzone w wielu regionach na całym świecie, pokrywają się w znaczącym stopniu. W celu uzupełnienia tradycyjnych analiz genetycznych, naukowcy opracowali nową metodę nazwaną ReMIXTURE, która pozwoliła na kwantyfikację podobieństwa pomiędzy próbkami z wybranego regionu i pozostałymi próbkami pochodzącymi z innych regionów świata. Wyniki badań wskazują, że preferencje ludzi w znaczącym stopniu wpłynęły na strukturę genetyczną papryki. Jak podsumował jeden z głównych autorów badania, dr Mark Timothy Rabanus-Wallace z Instytutu im. Leibniza, wskazuje to „na fakt, że papryka stanowiła wysoce pożądany towar kulturowy i przedmiot handlu, rozwożony po całym świecie wzdłuż morskich i lądowych szlaków handlowych. Ważnym czynnikiem, który wpłynął na popularność papryki, była jej ostrość, zwłaszcza w Europie, gdzie ostre przyprawy były rzadkością, a importowany czarny pieprz osiągał dobre ceny”. Opracowanie wyników badań zrealizowanych w ramach projektu G2P-SOL (Linking genetic resources, genomes and phenotypes of Solanaceous crops) zostało opublikowane w czasopiśmie naukowym „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”. Więcej informacji: strona projektu G2P-SOL
Słowa kluczowe
G2P-SOL, papryka, bank genów, różnorodność genetyczna, roślina, genomika, Capsicum annuum