I en ny artikel publicerad i tidskriften Molecular Biology and Evolution , har forskare från Royal Botanic Gardens, Kew och partners i Storbritannien, Tyskland och USA avkodat världens äldsta växtgenom, med hjälp av vattenmelonfrön från den neolitiska eran som samlats in på en arkeologisk plats i Saharaöknen i Libyen.

Studien kombinerade aspekter av arkeologiskt grundarbete med banbrytande genomikforskning för att kasta nytt ljus över domesticeringen av vattenmelon och hur våra förfäder konsumerade den populära fruktens gamla släktingar. Överraskande nog tyder bevis på att de neolitiska libyerna hade en smak för vattenmelonens frön – en lokal delikatess som fortfarande konsumeras idag – men undvek fruktens bittersmakande kött.

Det uppskattas att mer än 200 miljoner ton av den domesticerade vattenmelonen (Citrullus lanatus) produceras globalt varje år, och grödan är bland de 10 viktigaste i Centralasien. Den rödköttiga frukten är allmänt accepterad att ha sitt ursprung i Afrika, där en nära släkting (C. lanatus subsp. cordophanus) troligen först domesticerades i Nildalen och det som är dagens Nordsudan. Men upptäckten i början av 1990-talet av förmodade vattenmelonfrön på den neolitiska platsen Uan Muhuggiag i Libyen fortsatte att förbrylla forskare.

För att bättre förstå vattenmelonens resa från vild växt till domesticerad gröda, samlade og analyserade forskarna dussintals vattenmelon och vattenmelon släktingars frön från RBG Kews Herbarium-samlingar. De skaffade och studerade också fröfossiler från Libyen och Sudan, radiokol daterade (C-14) till mer än 6 000 respektive 3 000 år sedan.

Dr Susanne S. Renner vid Washington University i St. Louis, som tillsammans med Dr Guillaume Chomicki vid Sheffield University ledde studien, sa:"Frömorfologin, särskilt av forntida frön, var helt enkelt otillräcklig för att tillförlitligt identifiera vilka arter dessa neolitiska nybyggare i Libyen använde."

Forskarna kunde lösa mysteriet när de analyserade frönas arvsmassa och återfann långa sträckor över alla kromosomer - möjligen det äldsta genomet som någonsin registrerats så detaljerat från en växt vars ålder har verifierats med hjälp av radiokoldateringsanalyser. De sekvenserade också genomen från dussintals vattenmelonexemplar i Kews Herbarium-samlingar, av vilka några först samlades in i början av 1800-talet.

Studiens resultat tyder på att de neolitiska libyerna samlade eller till och med odlade en bittersmakande art av vattenmelon, istället för dagens sötsmakande gröda. Denna nya insikt stämde överens med tandmärken som hittats på några av de äldsta fröna som samlats in i Sudan av Dr Philippa Ryan, en postdoktor vid Kew och medförfattare till studien.

Före analysen av genomet kunde forskarna inte skilja de libyska exemplaren från de andra sju kända arterna i släktet Citrullus. Deras molekylära resultat visar nu att fröna kom från en vattenmelon släkting känd som Egusi vattenmeloner (Citrullus mucosospermus) från Västafrika. Dessa frukter är bittra och oätliga när de äts råa på grund av kemikalien cucurbitacin i deras kött och skördas istället för sina frön, som används i västafrikanska grytor och soppor, liknande i storlek och smak som pumpafrön.

Ryan sa:"Det är en stor överraskning att i stället för att vara en uråldrig vattenmelon, var det libyska fröet en helt annan domesticerad Citrullus, medan det sudanesiska fröet från faraonperioden hade kärn-DNA från både den bittra Egusi, men också från den söta vattenmelonen. . Detta tyder på att vid en senare tidsram odlades en intressant blandning av domesticerade Citrullus-sorter längs Nildalen för sina frön – vid sidan av förmodligen den söta vattenmelonen."

Genom att bättre förstå den genetiska sammansättningen av dessa gamla frukter hoppas forskarna kunna måla en tydligare bild av vattenmelonens domesticering. Men forskningen har också mer långtgående och moderna implikationer. Att kartlägga utbytet av gener genom årtusenden kan hjälpa forskare att hitta gynnsamma genetiska egenskaper som stärker motståndskraften mot torka, sjukdomar och skadedjur.

Dr. Oscar A Perez Escobar, forskningsledare i Kews Integrated Monography Team och första författare, sa:"Det är en anmärkningsvärd prestation att ha lärt sig så mycket om det hemliga tidigare livet för dessa gamla frön genom deras DNA. Utan denna genetiska kod, som vi lyckades få fram i stor detalj, vi kunde inte ha upptäckt att en stor del av DNA från dessa frön kan spåras till Egusi kalebasser (C. mucospermus) och inte söt vattenmelon. En annan slående uppenbarelse som levereras genom deras DNA är att dessa uråldriga frön av Egusi vattenmelon hybridiserade och bytte sannolikt gener med söta vattenmeloner för tusentals år sedan, även om det fortfarande är okänt för oss riktningen för ett sådant genflöde."

Studien genomfördes i samarbete med Dr Guillaume Chomicki vid Sheffield University och professor Susanne S. Renner vid Washington University i St. Louis samt forskargruppen Antonelli Lab, experter inom evolutionsbiologi och biogeografi.

Perez Escobar sa:"Vår studie är ett bra exempel på vad växtsamlingar som representerar tusentals år av evolutionär och kulturhistoria kan göra när de används i tvärvetenskaplig forskning. Dataresurserna vi genererade och vår upptäckt om relationerna mellan Egusi och söta vattenmeloner. har hållit på i årtusenden, som involverar utbyte av gener genom generationer, är av intresse för förbättringsprogram för söta vattenmelongrödor närhelst särskilda gener eftersöks, t.ex. resistens mot sjukdomar och skadedjur." + Utforska vidare

Förslappad, inte söt:Forntida melongenom från Libyen ger överraskande insikter om vattenmelon släkting