Появление культурной кукурузы объяснили единственной мутацией

Биологи из Висконсинского университета в Мадисоне нашли замену в аминокислотной последовательности регуляторного белка tga1, которая может быть ответственна за ключевое отличие культурной кукурузы (Zea mays) от ее дикого предка — теосинте (Euchlaena mexicana). Исследование опубликовано в Genetics.

Транскрипционный фактор tga1 отвечает за формирование початка и расположение зерен в нем. Когда ученые сопоставили аминокислотные последовательности tga1 из нескольких образцов кукурузы и теосинте, оказалось, два вида отличаются только в одном сайте, причем у теосинте в этом месте белка находилась аминокислота лизин, а в кукурузе она был заменена на аспарагин.

Ранее уже было известно семь аминокислотных отличий в tga1 у кукурузы и теосинте. Однако в новой работе впервые удалось показать, что шесть из них являются всего лишь внутривидовыми полиморфизмами, то есть встречаются у разных растений одного вида. И только  седьмая замена, — лизина на аргинин — имеется у всех исследованных сортов кукурузы. Как показали авторы, эта замена приводила к важным изменениям в свойствах белка. В кукурузе tga1 формирует более прочные димеры (многие подобные белки работают в такой форме), что превращало его из активатора в репрессора регулируемых им генов.

Все это позволило авторам предположить, что именно данная аминокислотная замена сделала теосинте голозёрным злаком, «превратив» его в культурную кукурузу. У таких злаков плод (зерно) лишено покрывающих чешуй, которые существенно усложняют обработку колосьев во время сбора урожая. От своего дикого предка кукуруза принципиально отличается расположением зерен в початке: они открыты и прочно крепятся к центральному цветоносу. Напротив, в теосинте зерна покрыты защитной оболочкой, при вскрытии которой они обычно рассыпаются.

Кукуруза Zea mays является единственным культурным представителям своего рода. Она была одомашнена около 9000 лет назад на территории Мексики.