Эволюция хлопка

Как и все современные культуры, хлопчатник, выращиваемый сегодня на фермах, произошел от видов, живших в дикой природе. И эти виды до сих пор живут в дикой природе. Эти дикие сородичи мало чем отличаются от одомашненного хлопка. Они растут в теплых, сухих местах. И они образуют большие пухлые семенные коробочки, наполненные семенами, покрытыми длинными шелковистыми волокнами.
Тысячи лет назад древние люди начали использовать волокна этих дикорастущих хлопковых растений. Они пряли их в веревки или пряжу и ткали из них ткань. В конце концов, они начали выращивать хлопок. Как ранние фермеры поступали со многими видами сельскохозяйственных культур, они использовали естественные вариации. Они заметили, что некоторые растения были более полезными, чем другие. Может быть, их волокна были длиннее или прочнее, что делало пряжу лучше. Или, может быть, некоторые из них сделали большие семенные коробочки с большим количеством волокон. Фермеры знали, что признаки передаются через семена от родителей к потомкам. Поэтому они собирали семена с лучших растений и использовали их для урожая следующего года. Путем селекционного разведения они постепенно разработали одомашненную форму, которая была еще более полезной.

У одомашненного хлопка более многочисленные и длинные волокна, которые легче отделяются от семян, чем у диких сортов. (Показаны одомашненный горный хлопок, культ. AD1, и его ближайший дикий родственник. Изображения предоставлены Джонатаном Венделом, использованы с разрешения.)

Генетические и археологические данные свидетельствуют о том, что 4 коммерчески выращиваемых вида хлопка — и, возможно, несколько других — были одомашнены независимо по крайней мере 4 группами людей по всему миру (см. карту). Люди ценили многие из одних и тех же характеристик, поэтому все сорта одомашненного хлопка выглядят одинаково. Но каждая группа началась с другого дикого предка. Вот почему каждый вид одомашненного хлопка имеет свои уникальные характеристики. Например, хлопок пима имеет длинные шелковистые волокна. А нагорный хлопок известен своими обильными урожаями.

Одомашненные виды хлопчатника и их дикие родственники принадлежат к роду Gossypium . Этот род насчитывает более 50 разнообразных представителей, которые живут по всему миру. Они варьируются от растений размером с дерево в Мексике до небольших кустарников с почти голыми семенами в Австралии.
Ранее биологи растений сгруппировали растения в род Gossypium на основе общих черт. Они отметили сходство в их листьях, схеме ветвления, цветах и ​​плодах. К 1930-м годам в игру вступила ДНК. Когда генетики начали сравнивать хромосомы госсипиума под микроскопом, они заметили нечто странное. Хотя хромосомы часто сильно различались по размеру у разных видов, у большинства из них было 13 пар хромосом. Но у горстки видов в Америке (включая нагорный и пима-хлопчатник) было 26 пар. Это вдвое больше, чем типично для рода.
После дальнейшего изучения ученые узнали, что у этих видов два полных генома. Геномы сильно различаются по размеру и произошли от двух отдаленно родственных родительских видов. Один из родительских видов обитает в Африке, другой — в Америке. Исследователи хотели знать, когда и как эти два вида, разделенные огромным океаном, собрались вместе?

Большинство видов Gossypium имеют 13 пар хромосом (всего 26). У планда и хлопчатника пима 26 пар хромосом (всего 52), что составляет два полных генома.

Используя комбинацию генетических, ископаемых и археологических данных, а также некоторые дедуктивные рассуждения, ученые собрали воедино наиболее вероятную эволюционную историю хлопка.

Все современные виды Gossypium имеют общего предка, который жил в Африке около 5-10 миллионов лет назад.

Семена этого предка распространились по земле и воде, создав новые популяции.

Потомки со временем постепенно превращались в разные виды, включая виды с геномом A в Африке и виды с геномом D в Америке.

После нескольких миллионов лет разделения и независимой эволюции растение с А-геномом пересекло океан и попало в Америку.

Там он скрестился с растением с D-геномом, чтобы получить гибрид с геномом AD — предок как хлопчатника нагорного, так и пима.

Геномы A и D двух родительских растений были достаточно похожи, чтобы их можно было соединить вместе. Но они не могли комбинироваться обычным образом, когда один из родителей вносит по одной копии каждой хромосомы. Хромосомы были слишком разными по размеру, и их гены были расположены в другом порядке. Так случилось странное, что иногда делают растения. Потомство оказалось со всеми хромосомами родителей. У него было две копии всего генома А плюс две копии всего генома D. Вместо двух копий каждого гена (по одной от каждого родителя) их было четыре (по две от каждого родителя). Другими словами, он был тетраплоидным.
Важно отметить, что черты нового потомства AD не были смесью черт его родителей. Он отличался от обоих родителей и лучше подходил для жаркой и сухой среды вдоль побережья. В отличие от обоих родителей, он мог расти в песке, выдерживать соленые брызги и наводнения. Его солеустойчивые семена легко всплывали. Они прижились на островах Карибского моря и даже на Гавайях и Галапагосах.
Данные ДНК свидетельствуют о том, что геномы A и D встречались вместе только один раз. Затем в течение 1–2 миллионов лет он разделился как минимум на 6 видов, каждый из которых соответствовал разным привычкам. Позже два из них превратились в наиболее высокопроизводительные одомашненные виды — горный хлопок и хлопок пима. Уникальное генетическое наследие этих видов привело к некоторым из их лучших черт, в первую очередь к обильным высококачественным волокнам.