pwt3. Разумеется, если речь идет о сорте пшеницы, лишенном гена rwt3, то гриб мог заразить его и так, без предварительной подготовки.
Проанализировав коллекции штаммов P. oryzae, собранные в разные годы в разных районах, а также проверив наличие защитных генов rwt3 и rwt4 у разных сортов пшеницы по всему миру, ученые в общих чертах восстановили последовательность событий, которые привели к появлению новой болезни пшеницы.
Все началось с того, что в 1980 году в Бразилии стали активно выращивать новый высокопродуктивный полукарликовый сорт пшеницы «анауак», который был рекомендован фермерам как исключительно хорошо подходящий для местных почв. Этот сорт не имеет защитного гена rwt3, но тогда никто не знал даже о существовании такого гена, а уж тем более о его функции и возможных эволюционных последствиях его отсутствия.
Широкое распространение незащищенной пшеницы на бразильских полях позволило каким-то штаммам P. oryzae перейти на эту пшеницу с плевела. После краткого (занявшего всего несколько лет) периода адаптации паразита к новому хозяину отбор начал поддерживать у пшеничных штаммов мутации, нарушающие работу гена pwt3. Для гриба, уже освоившегося в пшенице, такие мутации были полезны, поскольку позволяли заражать не только сорт «анауак», но и другие, защищенные сорта, растущие поблизости.
В результате к концу 1980-х — началу 1990-х годов в Южной Америке на пшенице паразитировали грибы P. oryzae с несколькими вариантами поломок в гене pwt3. Кроме того, сохранялся исходный вариант с исправным геном, который по-прежнему мог паразитировать только на «анауаке». В дальнейшем особенно широко распространился один из вариантов испорченного гена — видимо, принадлежащий самому вирулентному (то есть заразному для пшеницы) штамму паразита. Именно он в 2016 году проник в Бангладеш.
Таким образом, массовое выращивание пшеницы, лишенной защитного гена rwt3, стало своеобразным трамплином, позволившим паразитическому грибу перепрыгнуть на нового хозяина. Ученые рекомендуют в будущем избегать выращивания сортов пшеницы с обедненным репертуаром защитных генов, чтобы снизить вероятность появления новых патогенов и не дать другим штаммам P. oryzae перейти на пшеницу.
Заметим, что сорт «анауак» был выведен обычной селекцией, без всякой генной инженерии и уж конечно с самыми лучшими намерениями, в ходе так называемой Зеленой революции, позволившей накормить миллионы людей. Хочется верить, что из этого случая никто не сделает вывод, будто надо запретить селекцию и перейти всем на питание «натуральными» дикими растениями. Лучше бы из этого сделали вывод, что надо быстрее развивать генетику и генную инженерию — и сделать процесс создания новых сортов более аккуратным и безопасным.
Исследование № 35Неандертальские гены влияют на наше здоровье
В заключительных главах мы обсудим исследования, проливающие свет на нашу собственную эволюцию, в том числе и на те эволюционные процессы, которые идут в человеческих популяциях прямо сейчас. Как известно сегодня каждому школьнику (хотя установлено это было лишь в 2009 году), генофонд современного внеафриканского человечества содержит примесь неандертальских генов, приобретенных в результате гибридизации 50–60 тысяч лет назад. О влиянии этих примесей на фенотип современных людей до сих пор известно немного. Появление больших баз данных по медицинской генетике позволило американским ученым в 2016 году оценить связь между наличием тех или иных неандертальских аллелей и различными заболеваниями. Оказалось, что неандертальские гены достоверно, хотя и слабо, влияют на риск развития некоторых заболеваний, таких как депрессия, актинический кератоз (патологическое изменение кожи под действием солнечного излучения), тромбоз и никотиновая зависимость. Многие из этих генов могли быть полезны нашим палеолитическим предкам, но потом стали вредными в связи с изменением условий жизни. Это еще раз демонстрирует, что вредность и полезность признаков (или мутаций) относительны и целиком и полностью зависят от контекста внешних условий и генетического окружения.
Благодаря поразительным успехам новой науки палеогенетики мы узнали, что между видами древних людей, населявшими разные области Старого Света в среднем и верхнем палеолите (сапиенсами, денисовцами, неандертальцами, гейдельбергскими людьми), неоднократно происходила межвидовая гибридизация. Наиболее убедительно обоснованы примерно семь эпизодов такой гибридизации (рис. 35.1).
Наверняка были и другие эпизоды гибридизации. Например, кроманьонец из румынской пещеры Оасе, живший 37–42 тысячи лет назад, имел предка-неандертальца в четвертом-шестом колене. Интересно, что в геномах поздних европейских неандертальцев не удалось обнаружить сапиенсных примесей. Получается, архаичные сапиенсы, денисовцы и неандертальцы гибридизовались довольно часто, но при этом, как мы знаем, все же не слились в один вид, а сохранили свою специфику вплоть до самого конца, то есть до вымирания неандертальцев (и, наверное, денисовцев). Есть основания полагать, что между тремя видами людей до того, как они начали встречаться и скрещиваться, успела сформироваться частичная генетическая несовместимость. Возможно, гибриды, особеннно гибриды мужского пола, имели пониженную плодовитость.
Самые важные последствия имел один из эпизодов гибридизации, произошедший в Западной Азии 50–60 тысяч лет назад между предками современного внеафриканского человечества, незадолго до этого покинувшими свою африканскую прародину, и местными неандертальцами. В результате в геномах всех современных сапиенсов, за исключением коренного населения Африки к югу от Сахары, присутствует небольшая неандертальская примесь.
рис. 35.1. Семь эпизодов гибридизации сапиенсов, неандертальцев, денисовцев и неизвестных архаичных Homo согласно данным палеогенетики и сравнительной геномики. Стрелками показан приток генов:
1 — от архаичной популяции сапиенсов (скорее всего, ранних выходцев из Африки на Ближний Восток, не оставивших потомков среди современных людей) в геном восточных (алтайских) неандертальцев,
2 — от западных неандертальцев к предкам современного внеафриканского человечества (эпизод гибридизации, произошедший 50–60 тысяч лет назад, вскоре после начала «главной» волны миграции сапиенсов из Африки),
3, 6 — от двух разных популяций денисовцев к предкам папуасов, австралийцев и жителей Восточной Азии (причем в геномах китайцев и японцев сохранились следы скрещивания с обеими популяциями),
4 — от восточных неандертальцев к денисовцам (по последним данным, эпизодов гибридизации денисовцев с неандертальцами было как минимум два; одна особь женского пола, жившая в Денисовой пещере 90 тысяч лет назад, оказалась неандертальско-денисовским гибридом первого поколения),
5 — от неизвестных архаичных Homo (H. heidelbergensis или реликтовых поздних H. erectus) к денисовцам,
7 — от неведомой архаичной популяции, отделившейся от предков сапиенсов примерно полмиллиона лет назад, к предкам пигмеев и некоторых других африканских народностей.
Как повлияла эта примесь на дальнейшую судьбу внеафриканских сапиенсов? Помогали неандертальские гены нашим предкам в ходе их расселения по Старому Свету или, наоборот, мешали? На какие признаки современных людей влияют неандертальские аллели? Благодаря быстрому развитию палеогенетики и накоплению данных по генетическому разнообразию современных людей ответы на эти вопросы, поначалу крайне расплывчатые, становятся все четче и детальнее.
Выяснилось, что примерно за полмиллиона лет раздельного существования — от момента расхождения предков сапиенсов и неандертальцев до их гибридизации — эти две линии успели накопить достаточно генетических различий, чтобы между ними возникла частичная постзиготическая репродуктивная изоляция. Иными словами, в их генофондах закрепились взаимно несовместимые аллели, что привело к пониженной приспособленности гибридов. Это, между прочим, сильный довод в пользу того, что сапиенсов и неандертальцев правильнее считать разными видами, а не подвидами или разновидностями.
Неандертальские аллели, оказавшиеся вредными (снижающими приспособленность) в сапиенсном генетическом контексте, постепенно вычищались отбором. В результате неандертальская примесь в геномах европейцев сократилась от исходного уровня в 3 % до нынешних 2 % (примерно). У азиатов неандертальских генов осталось чуть больше (Sankararaman et al., 2014). Из некоторых участков генома отбор вычистил неандертальское наследие полностью. Очевидно, в этих участках неандертальские аллели были для наших предков абсолютно непригодными (резко снижали приспособленность). Один из таких участков включает знаменитый «ген речи» FOXP2. Белок-кодирующие последовательности этого крайне консервативного гена у сапиенсов, неандертальцев и денисовцев одинаковые (и при этом не такие, как у других приматов), а вот регуляторные — разные. Что из всего этого следует? Может, неандертальцы обладали речью, но то, как (или что) они говорили, было неприемлемо в обществе палеолитических сапиенсов?
Как бы то ни было, из того, что бóльшая часть неандертальских генов не пошла на пользу нашим предкам, вовсе не следует, что коренное неандертальское население Западной Евразии не могло передать выходцам из Африки и какие-то полезные гены. В конце концов, неандертальцы сотни тысячелетий жили в этом регионе, который и по климату, и по спектру доступных пищевых ресурсов, и по набору патогенных вирусов, бактерий и прочих паразитов сильно отличался от африканской родины сапиенсов. Поэтому было бы логично, если бы среди неандертальских генов, пошедших сапиенсам на пользу, нашлись гены, связанные с иммунной системой, строением кожи (ее пигментацией, чувствительностью к ультрафиолету и т. п.), а также с усвоением различных питательных веществ.