تکامل گوجه فرنگی

تصویر: اجداد گوجه فرنگی بسیار متفاوت از اکنون به نظر می‌رسید. Foxys Forest Manufacture/Shutterstock
 
این خلاصه تحقیقاتی یک کار کوتاه در مورد یک کار جالب دانشگاهی است.
 
ایده بزرگ: مسیر گوجه فرنگی از میان گیاهان وحشی به منازل خانگی بسیار پیچیده‌تر از آن است که محققان مدت‌ها تصور می‌کردند. سالها دانشمندان معتقد بودند که انسان گوجه فرنگی را در دو مرحله اصلی اهلی کرد. اول، مردم بومی آمریکای جنوبی حدود 7000 سال پیش گوجه فرنگی وحشی به اندازه زغال اخته کشت کردند تا گیاهی را با یک میوه به اندازه گیلاس پرورش دهند. بعداً ، مردم در مزوامریکا این گروه واسطه را بیشتر پرورش دادند تا گوجه فرنگی‌های بزرگ کشت شده را که امروز می‌خوریم شکل دهند.
 
اما در یک مطالعه جدید، ما نشان می‌دهیم که گوجه فرنگی به اندازه گیلاس احتمالاً در حدود 80،000 سال پیش از اکوادور سرچشمه گرفته است. از مدت‌ها قبل هیچ گروه انسانی گیاهانی را پرورش نمی‌داد، بنا بر این این نشان می دهد که این گیاه به عنوان یک گونه وحشی آغاز شده است، اگر چه احتمالاً مردم پرو و ​​اکوادور بعداً آن را پرورش می‌دادند.
 
ما همچنین دریافتیم که دو زیر گروه از این گروه میانی به سمت شمال به آمریکای مرکزی و مکزیک گسترش یافته‌اند، احتمالاً به عنوان علف های هرز همراه با سایر محصولات. از آن جا که این اتفاق افتاد، صفات میوه آنها به شدت تغییر کرد. تغذیه روزافزون جمعیت، به بهبود عملکرد و کیفیت محصول نیاز دارد. برای انجام این کار، دانشمندان باید بیشتر در مورد ژنهای گیاهی که در پدیده‌هایی مانند رشد میوه و عطر و طعم و مقاومت به بیماری نقش دارند، بدانند. آنها بیشتر به گیاهان وحشی با میوه‌هایی کوچکتر از میوه‌های همتایان آمریکای جنوبی‌اشان و سطوح بالاتری از اسید سیتریک و بتاکاروتن شبیه شدند.
 
با تعجب متوجه شدیم که گوجه فرنگی‌های مدرن بیشترین ارتباط را با این گروه گوجه فرنگی وحشی دارند، که هنوز هم در مکزیک یافت می‌شود، اگر چه کشاورزان آن را به عمد کشت نمی‌کنند.  
تصویر: متوسط ​​اندازه میوه در گوجه فرنگی کشت شده در مقایسه با خویشاوندان نیمه اهلی و کاملاً وحشی آن. حمید راضی فرد ، CC BY-ND
 
چرا اهمیت دارد: این تحقیق پیامدهای مستقیمی در بهبود محصول دارد. به عنوان مثال، برخی از گروه های گوجه فرنگی میانی دارای گلوکز بالایی هستند که باعث شیرین‌تر شدن میوه می‌شود. پرورش دهندگان می‌توانند از این گیاهان برای جذابتر کردن گوجه فرنگی کشت شده برای مصرف کنندگان استفاده کنند.
 
ما همچنین سیگنالهایی را دیدیم که برخی از انواع موجود در این گروه میانی دارای صفاتی هستند که باعث تقویت مقاومت به بیماری و تحمل به خشکی می‌شوند. از این گیاهان می‌توان برای پرورش گوجه فرنگی با دوام‌تر استفاده کرد.
 
آنچه هنوز مشخص نیست: ما نمی‌دانیم که چگونه گروه واسطه‌ای گوجه فرنگی از آمریکای جنوبی به آمریکای مرکزی و مکزیک پخش شد. پرندگان ممکن است میوه‌ها را خورده و دانه‌ها را در جای دیگر دفع کرده باشند، یا ممکن است انسان آنها را کشت یا معامله کرده باشد.
 
سؤال دیگر این است که چرا این گروه واسطه پس از گسترش به شمال، پسرفت کرده و بسیاری از صفات اهلی را از دست داده‌اند. انتخاب طبیعی در زیستگاه‌های جدید شمالی ممکن است گوجه فرنگی را فعالانه به صفات وحشی بیشتر متمایل کرده باشد. همچنین می‌تواند این باشد که انسان‌ها در حال پرورش این گیاهان و انتخاب صفات اهلی مانند میوه‌های بزرگ نبودند، که احتمالاً لازم می‌داشت که گیاهان از انرژی‌ای استفاده کنند که بیشتر از آن چیزی است که به طور طبیعی برای بارور شدن لازم است.
 
چگونه کار خود را انجام می‌دهیم: ما تاریخ گوجه فرنگی را با توالی ژنوم گونه‌های وحشی، متوسط ​​و اهلی گوجه فرنگی بازسازی می‌کنیم. ما همچنین تجزیه و تحلیل ژنومی جمعیت را انجام می‌دهیم، که در آنها از مدلها و آمارهایی استفاده می‌کنیم تا تغییراتی که در طول زمان برای گوجه فرنگی رخ داده استنباط شود.
 
این کار شامل نوشتن بسیاری از کدهای رایانه‌ای برای تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از داده‌ها و بررسی الگوهای تغییر در توالی‌های DNA است. ما همچنین با دانشمندان دیگر همکاری می‌کنیم تا نمونه‌های گوجه فرنگی را پرورش داده و داده‌های بسیاری از صفات مانند اندازه میوه، مقدار قند، محتوای اسید و ترکیبات طعم را ثبت کنیم.
 
چه اتفاق دیگری در این زمینه در حال رخ دادن است: تغذیه روزافزون جمعیت، به بهبود عملکرد و کیفیت محصول نیاز دارد. برای انجام این کار، دانشمندان باید بیشتر در مورد ژنهای گیاهی که در پدیده‌هایی مانند رشد میوه و عطر و طعم و مقاومت به بیماری نقش دارند، بدانند.
 
به عنوان مثال، تحقیقاتی که توسط Zachary Lippman در آزمایشگاه Cold Spring Harbor در نیویورک انجام شد، از ویرایش ژنوم برای دستکاری صفاتی استفاده می‌کند که می تواند به بهبود عملکرد گوجه فرنگی کمک کند. با استفاده از ترشح ژنهای بومی دو گونه محبوب گیاهان گوجه فرنگی، آنها روش سریع را برای گل دهی گیاهان و تولید سریع‌تر میوه‌های رسیده  طراحی کرده‌اند. این به معنای کاشت بیشتر در هر فصل از رشد است که باعث افزایش عملکرد می‌شود. همچنین این بدان معنی است که گیاه می‌تواند در طول‌های جغرافیایی شمالی‌تر از آن چه اکنون ممکن است رشد کند - یک ویژگی مهم برای اکنون که آب و هوای زمین گرم می‌شود.
 
ویرایش ژن، گوجه فرنگی‌هایی را تولید کرده است که هفته‌ها زودتر گل می‌دهند و می‌رسند.
 
سپس چه چیزی برای شما خواهد بود: تحقیقات ما اطلس کاندیداها را برای مطالعات عملکرد ژن آینده گوجه فرنگی فراهم می‌کند. اکنون می‌توانیم شناسایی کنیم که کدام ژنها در هر مرحله از تاریخ اهلی کردن مهم بوده‌اند و کشف کنیم که آنها چه انجام می‌دهند. ما همچنین می‌توانیم آلل‌های مفید یا انواع ژن‌های خاص را جستجو کنیم، که ممکن است به دلیل اهلی شدن گوجه فرنگی از بین بروند یا کاهش یابند. ما می‌خواهیم دریابیم که آیا می‌توان از بعضی از این انواع گمشده برای بهبود رشد و صفات مطلوب گوجه فرنگی کشت استفاده کرد.
 
منبع: حمید راضی فرد ، آنا کِیسِدو - University of Massachusetts Amherst