PNAS论文提出葫芦起源新假说

2014-3-07 11:12 来源: 生物通
收藏到BLOG

  报道:葫芦(Lagenaria siceraria)是第一批驯化的植物之一,也是在前哥伦布时期唯一一种具有全球分布的植物。虽然葫芦原产于非洲,但早在11,000年前的东亚和 10,000年前的美洲,人们就已经常使用它。尽管葫芦对不同人群具有很大的重要性,但它为何具有如此广泛的分布,仍然悬而未决,特别是,它于何时和如何 到达新大陆?

  根据研究葫芦遗传学的一组科学家称,从非洲穿越大西洋的葫芦,很可能在新大陆各地发生了多次驯化,其祖先来自非洲而不是亚洲。这项研究成果发表在最近一期的《PNAS》杂志上。之前,《PNAS》刚刚发表过一篇关于动物起源的研究成果PNAS:动物起源理论受到挑战。

  宾夕法尼亚州立大学的人类学博士后Logan Kistler称:“我们认为,在20世纪50年代开始,葫芦从非洲漂洋过海。然而,2005年一项利用古DNA的葫芦遗传学研究推断,葫芦起源于亚洲,古印第安人将已经驯化的葫芦从亚洲运到美洲,从而在新大陆大量繁殖。”

  在热带和温带地区,驯化葫芦无处不在,因为它们嫩时可食,而成熟后可用来制作轻便、防水的理想液体容器。在制陶业开发之前,或制陶业从未开发的地区,它们颇受欢迎。

  Kistler指出,2005年的那项研究只着眼于对居群水平无用的目标序列标记。现在,我们可以对质体基因组的大的单拷贝区域进行测序。

  动物有两种类型的DNA——核DNA和线粒体DNA,与动物不同的是,植物细胞有三种类型的DNA——核DNA、线粒体DNA和质体DNA。因为动 物线粒体DNA完全遗传自母亲,变化非常缓慢,因此经常用于遗传学研究。但植物线粒体DNA容易发生结构重排,通常具有缓慢的突变率。在质体(例如执行光 合作用和产生淀粉或色素的细胞器)中发现的DNA,是植物的一个更好选择,因为它不会重组,但它的突变足够快,可用于种群水平的研究。

  研究人员对36个现代葫芦样品和9个远古葫芦样品大约86,000个质体DNA碱基对进行了测序。他们发现,经检测,来自美洲的所有古老葫芦都属于非洲葫芦的正常变种,而不是亚洲葫芦。

  Kistler称:“对此最好的解释是,它们直接来自于非洲。然而,我们想检测是否葫芦从非洲漂洋过海形成了新大陆种群。”

  以前的研究发现,葫芦在海洋中漂浮很长一段时间后,仍然有活性种子。研究人员开发的一种洋流漂移模型显示,在晚更新世期间,野生非洲葫芦可以简单地 漂浮跨过大西洋。他们认为,大型哺乳动物(例如猛犸象)能够帮助驯化种群扎根于新热带区,因为我们知道,这些大型哺乳动物采食不同科的植物,包括葫芦。在 大型哺乳动物粪便的古老沉积物中也发现了葫芦种子。

  今天,非洲的葫芦大多是驯化状态,只在肯尼亚和津巴布韦分布有很小的野生种群。在洋流漂移模型中,研究人员研究了现实的、不切实际的保守和乐观的场 景。他们将非洲西海岸按维度进行划分,模拟了12年的葫芦散布, 在那里每个月有一个葫芦进入每个维度分区海洋中。每个葫芦到达那里所花费的最短时间是100天,平均到达时间大约是9个月。

  研究人员称,葫芦很有可能频繁地漂越大西洋。生长在河流附近的葫芦更容易漂入海洋中。

  Kistler指出:“并不是仅仅一个葫芦的到来就能产生所有的新大陆葫芦。大约10,000年前,葫芦种群就出现在佛罗里达和墨西哥,更晚一点出现在美国中部。”