Fast där de är, växter måste anpassa sig till sina miljöer, reagera på påfrestningar som torka eller skadedjur genom att ändra hur de växer.

I en större skala, växtodlare måste kunna utveckla nya sorter som är anpassade till en ny plats eller förändrade odlingsförhållanden i samma område.

Båda typerna av anpassning är beroende av en pool av möjligheter, de kombinationer som man kan välja mellan. För den enskilda anläggningen, dessa möjligheter beror på genomet det föddes med. För uppfödare, den poolen av möjligheter är hela skalan av genom från odlade grödor, som de kan blanda ihop för att skapa nya sorter.

Forskare vid University of Wisconsin-Madison ville veta om de senaste 100 åren av att välja majs som är acklimatiserat till särskilda platser har förändrat dess förmåga att anpassa sig till nya eller stressiga miljöer. Genom att mäta populationer av majsväxter som planterats över Nordamerika, de kunde testa hur majsgenomen svarade på olika odlingsförhållanden. Skriver den här veckan (7 november, 2017) in Naturkommunikation , UW-Madison professor i agronomi Natalia de Leon, hennes elev Joe Gage och kollegor vid flera institutioner rapporterar att artificiellt urval av grödodlare har begränsat möjligheterna för nordamerikanska majssorter.

De drar slutsatsen att de befintliga majssorterna är starka och stabila, men är mindre flexibla i sin förmåga att reagera på olika påfrestningar. På samma gång, dessa majspopulationer kan ha en minskad förmåga att bidra till avelsprogram som försöker skapa nya sorter anpassade till nya miljöer.

"Under de senaste 100 åren har människor har definitivt förbättrat sorter, " förklarar de Leon, seniorförfattaren till den nya rapporten. "Vad vi försökte göra i den här studien är att mäta om vi genom att göra det också har begränsat genotypernas förmåga att reagera på miljöer när de förändras."

Genom att intensivt avla för hög avkastning, säga, i Wisconsin, dessa växter kan förlora flexibiliteten att reagera på miljöer som skiljer sig mycket från Wisconsins odlingsförhållanden. För att testa denna idé, de Leon och hennes kollegor vid 12 jordbruksuniversitet i USA och Kanada utarbetade ett stort fältförsök med mer än 850 unika majssorter på 21 platser i Nordamerika. Det var mer än 12, 000 totala fältplaner där forskare mätte egenskaper som avkastning och växthöjd under registrering av väderförhållanden.

Det massiva experimentet är endast möjligt på grund av ett samarbete som de Leon, UW-Madison agronomiprofessor Shawn Kaeppler och andra leder, kallade Genomes to Fields. Projektet sträcker sig över 20 stater och in i Kanada, tillhandahåller exakt det utbud av olika fältförhållanden som krävs för att reta isär de olika bidragen från genomen och miljöer till de sista egenskaperna hos majs som användes i den nya studien.

De Leon och hennes medarbetare fann att de regioner av majsgenomet som har genomgått en hög grad av selektion - till exempel, genregioner som bidrar till hög avkastning på en viss plats - var förknippade med en minskad kapacitet hos majs att svara på varierande miljöer än genomiska regioner som inte direkt påverkades av uppfödare. Resultatet är att de moderna majssorterna är mycket produktiva i de miljöer de odlas i, men kan ha svårare att hantera förändringar i dessa miljöer.

"Data tycks peka på idén att genom att välja genotyper som är bättre lämpade för att vara mer produktiva, vi urholkar variationer som kan vara viktiga när vi går in i en värld där klimatet kan vara mer oregelbundet och där vi kan behöva flytta sorter till platser där de inte har odlats tidigare, säger de Leon.

Men denna förlust av flexibilitet är en inneboende avvägning för högproduktiva majssorter, hon säger.

"När du försöker anpassa sorter till många olika miljöer, du får växter som inte är fantastiska någonstans, "säger de Leon." Kostnaden för att behålla denna plasticitet är till nackdel för maximal produktivitet. "

"Så vi måste hitta rätt balans på lång sikt, " hon säger.