Geny roślin i adaptacja

Pszenica i jęczmień stanowią fundament ludzkiej cywilizacji od ponad 10 000 lat, przystosowując się do nowych środowisk w miarę rozprzestrzeniania się rolnictwa na kolejne kontynenty.

Obecnie naukowcy odkryli genetyczne podobieństwa między tymi starożytnymi uprawami, które mogą pomóc w opracowaniu odmian lepiej przystosowanych do przetrwania suszy i innych wyzwań środowiskowych.

Rekonstrukcja genomów starożytnych roślin

Naukowcy z INRAE, Uniwersytetu Clermont Auvergne oraz CNRS porównali genomy 84 współczesnych gatunków roślin okrytonasiennych, rekonstruując 10 genomów przodków sprzed ponad 200 milionów lat.

Te zrekonstruowane genomy, zwane paleogenomami, ukazują, jak materiał genetyczny był zorganizowany u dawnych roślin oraz które geny zachowały się w niezmienionej formie w toku ewolucji.

Badacze zidentyfikowali geny, które pełnią podobne funkcje biologiczne u różnych gatunków. Takie podobieństwa mogą pomóc w zrozumieniu istotnych cech rolniczych, w tym tolerancji na suszę, terminu kwitnienia oraz wydajności plonów.

Wyniki badań opublikowano we wrześniu 2026 roku w czasopiśmie „Molecular Plant”; stanowią one kontynuację prac opisanych wcześniej w „Nature Plants” w listopadzie 2025 roku.

Dziesięć tysięcy lat adaptacji

Pszenica i jęczmień okazały się szczególnie cenne w tych badaniach, ponieważ obie rośliny zostały udomowione na terenie Żyznego Półksiężyca ponad 10 000 lat temu. W miarę rozwoju rolnictwa zboża te musiały mierzyć się ze zmieniającymi się temperaturami, wzorcami opadów i warunkami uprawy.

Naukowcy porównali 1420 współczesnych odmian pszenicy i jęczmienia, reprezentujących różnorodność genetyczną z całego świata, a także szczątki starożytnej pszenicy sprzed około 5000 lat.

Analiza pozwoliła zidentyfikować około 100 wariantów genetycznych, które mogą odgrywać kluczową rolę w procesie adaptacji.

Wykazano również dowody na występowanie selekcji konwergentnej – zjawiska, w którym różne rośliny uprawne wykształcają lub zachowują podobne cechy genetyczne pod wpływem zbliżonych presji środowiskowych.

W przypadku pszenicy zespół potwierdził udział trzech genów, które wcześniej opisano u innych gatunków roślin. Dwa z nich wpływają na plonowanie i termin kwitnienia, natomiast trzeci uczestniczy w regulacji epigenetycznej, oddziałującej na aktywność genów bez zmiany samej sekwencji DNA.

Wspólne geny a odporność na zmiany klimatu

Jednym z istotnych odkryć było stwierdzenie, że pszenica i jęczmień wykazują zbieżne reakcje genetyczne, mimo odmiennych historii ewolucyjnych.

Naukowcy zidentyfikowali ślady selekcji powiązanej z wydajnością rolniczą oraz przystosowaniem do stresu środowiskowego. Jednocześnie stwierdzono różnice genetyczne między populacjami pochodzącymi z różnych regionów geograficznych. Odkrycia te sugerują, że porównanie pokrewnych upraw może ujawnić przydatne cechy genetyczne, które w przeciwnym razie mogłyby pozostać niezauważone.

Jérôme Salse, dyrektor ds. badań w INRAE, wyjaśnił, że badanie zmian genetycznych zachodzących podczas udomowienia może pomóc w identyfikacji wariantów wielokrotnie selekcjonowanych w środowiskach o podobnych ograniczeniach klimatycznych. Taka wiedza mogłaby wesprzeć programy hodowlane reagujące na zmiany klimatu.

Nowe narzędzia do hodowli roślin

Zespoły badawcze opracowały również dwa ogólnodostępne narzędzia, które pomogą naukowcom w badaniu ewolucji roślin. Rekonstrukcja genomu przodków (AGR) umożliwia porównywanie współczesnych genomów i rekonstrukcję struktur genetycznych przodków.

OrthoViewer dostarcza informacji o konserwatywnych genach 84 gatunków roślin o znaczeniu rolniczym. Jego baza danych zawiera 1142 geny, których funkcje biologiczne i znaczenie dla rolnictwa zostały już opisane w literaturze naukowej.

Łącznie te zasoby mogą pomóc hodowcom zidentyfikować obiecujące warianty genetyczne i przenieść wiedzę zdobytą na podstawie badań nad jedną uprawą do badań nad inną.

Co dalej

Naukowcy rozszerzają swoje badania na inne główne zboża, w tym ryż, kukurydzę i sorgo. Chociaż wyniki nie prowadzą od razu do uzyskania odmian odpornych na suszę, stanowią one potencjalne cele genetyczne dla przyszłych hodowli. Konieczne będą dodatkowe eksperymenty, aby ustalić, jak poszczególne warianty wpływają na wydajność upraw w rzeczywistych warunkach rolniczych.

Łącząc starożytną historię ewolucji z nowoczesną analizą genetyczną, naukowcy zyskują nowe sposoby badania cech, które mogą zwiększyć odporność rolnictwa w zmieniającym się klimacie.