Mansikan salainen geneettinen menneisyys
Kuvittele: aurinkoinen kesäpäivä, ja suussasi on makea mansikka. Et todennäköisesti mieti polyploidisia genomeja tai LTR-retrotransposoneja. Mutta ehkä sinun pitäisi—koska tuo yksinkertainen hedelmä kädessäsi kätkee sisäänsä yhden kasvikunnan mutkikkaimmista geneettisistä tarinoista.
Luin hiljattain tutkimusta, joka muutti täysin tapani ajatella mansikoita. Ja rehellisesti sanottuna? Se on tehnyt minut hieman pakkomielteiseksi sille, mitä ruokamme DNA:ssa piilee.
Mistä mansikassa on kyse?
Tässä juttu: mansikka on oktaploidi. Se tarkoittaa, että siinä on kahdeksan kromosomistoa tavallisen kahden sijaan. (Ihminen on diploidi—meillä on vain kaksi kromosomistoa.) Kahdeksan kromosomistoa! Se on kuin neljä eri genomia sullottuna yhteen kasviin, kaikki toimien yhdessä.
Mutta tässä vaiheessa alkaa todellinen mielenkiinto. Ne kahdeksan kromosomistoa eivät vain ilmestyneet sattumalta. Ne tulivat eri alkuperäislajeista, jotka jotenkin yhdistyivät miljoonien vuosien aikana. Kysymys on aina ollut: mitkä esi-isät? Ja milloin tämä geneettinen fuusio tapahtui?
Perinteisen salapoliisityön ongelma
Tutkijat ovat yrittäneet jäljittää polyploidisten genominen juuria vertaamalla niitä tunnettuihin esivanhempiin. Kuulostaa järkevältä, eikö? Ongelmana on, että monet alkuperäisistä esivanhemmista ovat kuolleet sukupuuttoon. Toiset saattavat vielä elää, mutta niitä ei ole löydetty. Se on kuin yrittäisi ratkaista suvun mysteeriä, kun puolet sukulaisista on kadonnut jälkiä jättämättä.
Tässä vaiheessa tutkijat turhautuvat. He ovat olleet riippuvaisia niistä diploidisista esivanhemmista, jotka on voitu löytää ja sekvensedata—ja toivoneet, että ne ovat oikeita.
Astuivat sisään: hypyt, jotka matkustavat ajassa
Nyt tässä tulee tutkimus, joka on todella nerokas. Yhdysvaltain maatalousministeriön ja yhteistyötahojen tutkijaryhmä kehitti uuden tavan jäljittää näitä geneettisiä sukulinjoja. Sen sijaan, että olisi etsitty muinaisia esivanhempia (jotka saattavat olla sukupuuttoon kuolleita), he tarkastelivat niin kutsuttuja LTR-retrotransposoneja.
Nämä ovat käytännössä "hyppygeenejä"—DNA-sekvenssejä, jotka voivat kopioida ja liittää itsensä genomin eri osiin. Kun ne ovat kerran asettuneet jonnekin, ne pysyvät siellä. Ja tässä tulee kaunis osuus: ne kasaantuvat kaavoihin, jotka ovat ainutlaatuisia tietyille evoluutiolinjjoille. Ne ovat kuin molekyylisia aikaleimoja, säilyttäen todisteita menneistä tapahtumista.
Tutkijat loivat bioinformatiikan kehyksen, joka analysoi näitä kaavoja kromosomeissa. Vertailemalla näiden retrotransposonien samankaltaisuutta genomin eri osissa he pystyvät tunnistamaan erilliset alagenomit ja arvioimaan, milloin suuret genomin fuusiotapahtumat tapahtuivat. Se on käytännössä mansikan geneettisen päiväkirjan lukemista.
Mitä he löysivät
Kun menetelmää sovellettiin viljeltyyn mansikkaan (Fragaria × ananassa), tekniikka paljasti jotain merkittävää: neljä erillistä alagenomia ja todisteita kolmesta peräkkäisestä allopolyploidisaatiotapahtumasta noin 3–4 miljoonaa vuotta sitten, sitten 2–3 miljoonaa vuotta sitten, ja lopulta alle 2 miljoonaa vuotta sitten.
Se on muinaista historiaa! Puhumme evoluution fuusioista, jotka tapahtuivat kauan ennen kuin ihmiset olivat edes esi-isiemme silmissä.
Löydökset vahvistivat myös kahden mansikan alagenomin läheiset suhteet tiettyihin villeihin lajeihin (Fragaria vesca ja Fragaria iinumae). Mutta tässä tulee juonenkäänne: jotkut mansikan geneettisistä esivanhemmista saattavat olla sukupuuttoon kuolleita tai löytymättömiä. Ne jättivät geneettisen jälkensä mansikkaan, mutta me emme ole koskaan nähneet niitä.
Miksi tällä on merkitystä muutenkin kuin mansikoiden vuoksi
Tässä piilee todellinen jännitys. Menetelmä ei ole hyödyllinen vain mansikkatutkimuksessa—se voi auttaa ymmärtämään kaikkien polyploidisten kasvien evoluutiota. Puhumme vehnästä, puuvillasta, kahvista, perunoista... monet tärkeimmistä ruokakasveistamme ovat polyploidisia.
Ja maatalouden tuolla puolen tämä tutkimus koskettaa jotain suurempaa: ymmärrystä siitä, miten elämä sopeutuu ja monipuolistuu geologisilla aikaskaaloilla. Koko genomin duplikaatio on ollut kasvievoluution pääajuri, auttaen lajeja tulemaan joustavammiksi, monimuotoisemmiksi ja paremmin ympäristöihinsä sopeutuneiksi. Mansikka on vain yksi esimerkki tästä prosessista miljoonien vuosien aikana.
Hieman enemmän ihmettä marjojen kanssa
Joka kerta kun syön mansikkaa nyt, aion ajatella niitä miljoonia vuosia evoluutiota, jotka on pakattu yhteen pieneen, punaiseen, herkulliseen paketttiin. Aion ajatella sukupuuttoon kuolleita esivanhempia, joita emme koskaan tule tuntemaan, joiden geneettinen perintö elää marjoissa, joita kasvatamme puutarhoissamme ja näemme toreilla.
On jotain sekä nöyryyttävää että hämmästyttävää siinä, kun tajuaa, että jotain niin tavallista kuin mansikka on geneettisesti monimutkaisempi kuin koskaan kuvittelimme. Se saa ihmettelemään, mitä muita "arkisia" asioita luonnossa kätkee mielettömiä salaisuuksia, jotka odottavat oikeaa teknologiaa paljastuakseen.
Joten kun seuraavan kerran nautit mansikasta, pysähdy hetkeksi arvostamaan sen makeuden lisäksi myös uskomatonta evoluutiomatkaa, jonka se on tehnyt lautasellesi. Jotkut tarinat on kirjoitettu kiveen—toiset on kirjoitettu retrotransposoneihin, jotka hiljaa merkkaavat aikaa hedelmän genoomissa, jota et ehkä ole koskaan ajatellutkaan.
Lähde: ScienceDaily