Forskare från Iowa State University har tagit en resa genom det förflutna genom att studera de genetiska förändringarna i majs som orsakas av domesticering.

En studie publicerad i den peer-reviewed akademiska tidskriften Genombiologi belyser hur demografi, eller förändringar i befolkningsstorlek, format majsens genetik. Studien visar hur genetiska "flaskhalsar" till följd av domesticering av majsväxter ökade förekomsten av ofördelaktiga mutationer som finns i grödans arvsmassa idag. Matthew Hufford, en biträdande professor i ekologi, evolution och organismbiologi och senior motsvarande författare till studien, Denna förståelse för en grödas historia gör det möjligt för forskare att med större noggrannhet förutsäga hur domesticerade arter kan reagera på nya miljöförhållanden.

Studiens viktigaste resultat sammanfattas i en animerad video från tidskriften.

Majs tämjdes först ungefär 10, 000 år sedan i centrala Mexiko genom att välja önskvärda egenskaper hos teosinte, en art av vilt gräs. Sedan dess, domesticerad majs har spridit sig över hela Amerika. Men, eftersom tidiga bönder valde växter för specifika egenskaper som var önskvärda för växtodling, de skapade en flaskhals som begränsade mångfalden av den tillgängliga genpoolen.

"Naturligt urval fungerar vanligtvis bäst när du har större populationer, " sa Hufford. "Annars, drift och slump kan öka mängden skadliga alleler, och det är vad vi ser här."

De skadliga allelerna, eller ofördelaktiga mutationer i majsgenomet, ökade i frekvens som ett resultat av domesticering och blev ännu vanligare när majs spred sig längre från sin ursprungspunkt, enligt studien. Dessa mutationer gör det svårare för växterna att överleva och föröka sig.

Till exempel, Hufford sa majssorter i Anderna i Sydamerika, där geografisk isolering sätter evolutionär press på grödor, visar förhöjda antal skadliga mutationer.

Hufford och hans forskargrupp, inklusive huvudförfattaren och postdoktorn Li Wang, sekvenserade genomen av 31 majssorter och fyra teosintesorter för studien. Geografiska jämförelser, samt analyser av olika genetiska markörer, tillät forskarna att sätta ihop en evolutionär tidslinje. Tidslinjen visar en uppdelning mellan vilda och tama arter runt 10, 000 år sedan.

Men Hufford sa genflöde, eller korsning av domesticerade arter med teosinte, kan ha hjälpt majsväxter att anpassa sig till nya miljöförhållanden när majs spred sig till höghöjdsregioner över kontinenter och kan också ha minskat antalet skadliga alleler i majs. Denna nya förståelse kan hjälpa forskare att förutsäga hur andra domesticerade arter, som grödor, kanske kan anpassa sig till nya geografiska och miljömässiga omgivningar, sa Hufford.