Preview

Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции

Расширенный поиск

Восстановление архитектоники колоса древнего ячменя из раскопа Усвятского городища XII века

https://doi.org/10.30901/2227-8834-2024-3-199-209

Аннотация

Актуальность. В статье приводятся данные об архитектонике колосьев древнего ячменя XII века, найденного при раскопках Усвятского городища в 2019 г. Используя современные молекулярно-генетические подходы, были изучены гены доместикации (Btr1, Btr2, Vrs) древних и современных образцов ячменя коллекции ВИР.
Материалы и методы. Исследованы карбонизированные зерновки, найденные археологами при раскопках Усвят. Осуществлен дизайн праймеров генов доместикации и поставлены ПЦР с современными и древними зерновками ячменя. Работы по изучению древних зерновок выполняли согласно правилам организации палеогенетической лаборатории, исключающим контаминацию с современной ДНК. Фрагменты генов доместикации современных и древних образцов ячменя секвенировали по Сэнгеру.
Результаты исследования. Выполнено выделение древней ДНК и дальнейшее ее обогащение. Анализ последовательностей генов доместикации позволил восстановить особенности строения колоса древнего ячменя.
Заключение. Восстановлена архитектоника древних злаковых. Выявлено, что древний ячмень являлся двурядным и ломкоколосым.

Об авторах

Т. В. Семилет
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия

Татьяна Вячеславовна Семилет, младший научный сотрудник 

190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44



Н. В. Смирнова
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия

Наталья Витальевна Смирнова, младший научный сотрудник 

190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44



Н. А. Швачко
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия

Наталия Альбертовна Швачко, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией 

190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44



О. Н. Ковалева
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова
Россия

Ольга Николаевна Ковалева, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник 

190000, СанктПетербург, ул. Б. Морская, 42, 44



Е. К. Хлесткина
Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова; Научно-технологический университет «Сириус», Центр генетики и наук о жизни
Россия

Елена Константиновна Хлесткина, доктор биологических наук, профессор РАН, директор; руководитель направления «Биология и биотехнология растений» 

190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44;
354340, Краснодарский край, федеральная территория «Сириус», пгт. Сириус, Олимпийский пр., 1



Список литературы

1. Badr A., Sch K.M.R., El Rabey H., Effgen S., Ibrahim H.H., Pozzi C. et al. On the origin and domestication history of barley (Hordeum vulgare). Molecular Biology and Evolution. 2000;17(4):499-510. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026330

2. Bennett K.D., Parducci L. DNA from pollen: principles and potential. The Holocene. 2006;16(8):1031-1034. DOI: 10.1177/0959683606069383

3. Bilgic H., Hakki E.E., Pandey A., Khan M.K., Akkaya M.S. Ancient DNA from 8400 year-old Çatalhöyük wheat: implications for the origin of neolithic agriculture. PLoS One. 2016;11(3): e0151974. DOI: 10.1371/journal.pone.0151974

4. Blatter R.H.E., Jacomet S., Schlumbaum A. Little evidence for the preservation of a single-copy gene in charred archaeological wheat. Ancient Biomolecules. 2002;4(2):65-77. DOI: 10.1080/1358612021000010677

5. Brown T.A., Allaby R.G., Brown K.A., O’Donoghue K., Sallares R. DNA in wheat seeds from European archaeological sites. Experientia. 1994;50(6):571-575. DOI: 10.1007/bf01921727

6. Bull H., Casao M.C., Zwirek M., Flavell A.J., Thomas W.T.B., Guo W. et al. Barley SIX-ROWED SPIKE3 encodes a putative Jumonji C-type H3K9me2/me3 demethylase that represses lateral spikelet fertility. Nature Communications. 2017;8(1):936. DOI: 10.1038/s41467-017-00940-7

7. Campos P.F., Willerslev E., Sher A., Orlando L., Axelsson E., Tikhonov A. et al. Ancient DNA analyses exclude humans as the driving force behind late Pleistocene musk ox (Ovibos moschatus) population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(12):5675-5680. DOI: 10.1073/pnas.0907189107

8. Charles M., Bogaard A. Section 9.6. Charred plant macro-remains from Jeitun: implications for early cultivation and herding practices in western Central Asia. In: D.R. Harris (ed.). Origins of Agriculture in Western Central Asia: an Environmental-Archaeological Study. Philadelphia, PA: University of Pennsylvania Museum of Archaeology and Anthropology; 2010. p.150-165.

9. Costantini L. The beginning of agriculture in the Kachi plain: the evidence of Mehrgarh. In: B. Allchin (ed.). South Asian Archaeology 1981: Proceedings of the Sixth International Conference of the Association of South Asian Archaeologists in Western Europe; Cambridge University; 5–10 July 1981. Cambridge: Cambridge University Press; 1984. p.29-33.

10. Dabney J., Knapp M., Glocke I., Gansauge M.T., Weihmann A., Nickel B. et al. Complete mitochondrial genome sequence of a Middle Pleistocene cave bear reconstructed from ultrashort DNA fragments. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013;110(39):15758-15763. DOI: 10.1073/pnas.1314445110

11. Дружкова А.С., Воробьева Н.В., Трифонов В.А., Графодатский А.С. Древняя ДНК: итоги и перспективы (к 30-летию начала исследований). Генетика. 2015;51(6):627-643. DOI: 10.1134/S1022795415060046

12. Fernandez E., Thaw S., Brown T.A., Arroyo-Pardo E., Buxó R., Serret M.D. et al. DNA analysis in charred grains of naked wheat from several archaeological sites in Spain. Journal of Archaeological Science. 2013;40(1):659-670. DOI: 10.1016/j.jas.2012.07.014

13. Fulton T.L., Shapiro B. Setting up an ancient DNA laboratory. In: B. Shapiro, A. Barlow, P.D. Heintzman, M. Hofreiter, J.L.A. Paijmans, A.E.R. Soares (eds). Ancient DNA: Methods and Protocols. New York, NY: Humana; 2019. p.1-13. DOI: 10.1007/978-1-4939-9176-1_1

14. Goloubinoff P., Pääbo S., Wilson A.C. Evolution of maize inferred from sequence diversity of an Adh2 gene segment from archaeological specimens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1993;90(5):1997-2001. DOI: 10.1073/pnas.90.5.1997

15. Гончаров Н.П., Кондратенко Е.Я. происхождение, доместикация и эволюция пшениц. Информационный вестник ВОГиС. 2008;12(1-2):159-177.

16. Hagelberg E., Hofreiter M., Keyser C. Introduction. Ancient DNA: the first three decades. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 2015;370(1660):20130371. DOI: 10.1098/rstb.2013.0371

17. Harlan J.R. On the origin of barley. In: Barley: Origin, Botany, Culture, Winter Hardiness, Genetics, Utilization, Pests. USDA Agriculture Handbook 338. Washington, DC: USDA; 1979. p.10-36.

18. Helback H. Domestication of food plants in the Old World: joint efforts by botanists and archeologists illuminate the obscure history of plant domestication. Science. 1959;130(3372):365-372. DOI: 10.1126/science.130.3372.365

19. Higuchi R. Genetic study on the congenital dislocation of the hip. The Bulletin of Tokyo Medical and Dental University. 1984;31(4):195-207.

20. Hillman G. On the origins of domestic rye – Secale cereale: the finds from aceramic Can Hasan III in Turkey. Anatolian Studies. 1978;28:157-174. DOI: 10.2307/3642748

21. Komatsuda T., Tanno K. Comparative high resolution map of the six-rowed spike locus 1 (vrs1) in several populations of barley, Hordeum vulgare L. Hereditas. 2004;141(1):68-73. DOI: 10.1111/j.1601-5223.2004.01820.x

22. Koppolu R., Anwar N., Sakuma S., Tagiri A., Lundqvist U., Pourkheirandish M. et al. Six-rowed spike4 (Vrs4) controls spikelet determinacy and row-type in barley. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013;110(32):13198-13203. DOI: 10.1073/pnas.1221950110

23. Leonard J.A., Shanks O., Hofreiter M., Kreuz E., Hodges L., Ream W. et al. Animal DNA in PCR reagents plagues ancient DNA research. Journal of Archaeological Science. 2007;34(9):1361-1366.

24. Lister D.L., Jones H., Jones M.K., O’Sullivan D.M., Cockram J. Analysis of DNA polymorphism in ancient barley herbarium material: validation of the KASP SNP genotyping platform. Taxon. 2013;62(4):779-789. DOI: 10.12705/624.9

25. Lister D.L., Jones H., Oliveira H.R., Petrie C.A., Liu X., Cockram J. et al. Barley heads east: Genetic analyses reveal routes of spread through diverse Eurasian landscapes. PLoS One. 2018;13(7):e0196652. DOI: 10.1371/journal.pone.0196652

26. McClung C.R. Circadian clock components offer targets for crop domestication and improvement. Genes (Basel). 2021;12(3):374. DOI: 10.3390/genes12030374

27. Newman C.W., Newman R.K. A brief history of barley foods. Cereal Foods World. 2006;51(1):4-7. DOI: 10.1094/CFW-51-0004

28. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics. 2012;28(8):1166-1167. DOI:10.1093/bioinformatics/bts091

29. Pääbo S., Higuchi R.G., Wilson A.C. Ancient DNA and the polymerase chain reaction. The emerging field of molecular archaeology. The Journal of Biological Chemistry. 1989;264(17):9709-9712.

30. Pankin A., von Korff M. Co-evolution of methods and thoughts in cereal domestication studies: a tale of barley (Hordeum vulgare). Current Opinion in Plant Biology. 2017;36:15-21. DOI: 10.1016/j.pbi.2016.12.001

31. Poinar H.N., Kuch M., Sobolik K.D., Barnes I., Stankiewicz A.B., Kuder T. et al. A molecular analysis of dietary diversity for three archaic Native Americans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2001;98(8):4317-4322. DOI: 10.1073/pnas.061014798

32. Poinar H.N., Schwarz C., Qi J., Shapiro B., Macphee R.D., Buigues B. et al. Metagenomics to paleogenomics: large-scale sequencing of mammoth DNA. Science. 2006;311(5759):392-394. DOI: 10.1126/science.1123360

33. Pourkheirandish M., Hensel G., Kilian B., Senthil N., Chen G., Sameri M. et al. Evolution of the grain dispersal system in barley. Cell. 2015;162(3):527-539. DOI: 10.1016/j.cell.2015.07.002

34. Ramsay L., Comadran J., Druka A., Marshall D.F., Thomas W.T.B., Macaulay M. et al. INTERMEDIUM-C, a modifier of lateral spikelet fertility in barley, is an ortholog of the maize domestication gene TEOSINTE BRANCHED 1. Nature Genetics. 2011;43(2):169-172. DOI: 10.1038/ng.745

35. Reich D., Green R.E., Kircher M., Krause J., Patterson N., Durand E.Y. et al. Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature. 2010;468(7327):1053-1060. DOI: 10.1038/nature09710

36. Riehl S., Pustovoytov K.E., Weippert H., Klett S., Hole F. Drought stress variability in ancient Near Eastern agricultural systems evidenced by δ13C in barley grain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014;111(34):12348-12353. DOI: 10.1073/pnas.1409516111

37. Semilet T., Shvachko N., Smirnova N., Shipilina L., Khlestkina E. Using DNA markers to reconstruct the lifetime morphology of barley grains from carbonized cereal crop remains unearthed at Usvyaty Settlement. Biological Communications. 2023;68(1):3-9. DOI: 10.21638/spbu03.2023.101

38. Takahashi R., Hayashi J. Linkage study of two complementary genes for brittle rachis in barley. Berichte des Ohara Instituts für landwirtschaftliche Biologie, Okayama Universität.1964;12(2):99-105.

39. Van Esse G.W., Walla A., Finke A., Koornneef M., Pecinka A., von Korff M. Six-Rowed Spike3 (VRS3) is a histone demethylase that controls lateral spikelet development in barley. Plant Physiology. 2017;174(4):2397-2408. DOI: 10.1104/pp.17.00108

40. Wales N., Kistler L. Extraction of ancient DNA from plant remains. Methods in Molecular Biology. 2019;1963:45-55. DOI: 10.1007/978-1-4939-9176-1_6

41. Weyrich L.S., Dobney K., Cooper A. Ancient DNA analysis of dental calculus. Journal of Human Evolution. 2015;79:119-124. DOI: 10.1016/j.jhevol.2014.06.018

42. Willerslev E., Hansen A.J., Poinar H.N. Isolation of nucleic acids and cultures from fossil ice and permafrost. Trends in Ecology and Evolution. 2004;19(3):141-147. DOI: 10.1016/j.tree.2003.11.010

43. Youssef H.M., Eggert K., Kopplu R., Alqudah A.M., Poursarebani N., Fazeli A. et al. VRS2 regulates hormone-mediated inflorescence patterning in barley. Nature Genetics. 2017;49:157-161. DOI: 10.1038/ng.3717


Рецензия

Для цитирования:


Семилет Т.В., Смирнова Н.В., Швачко Н.А., Ковалева О.Н., Хлесткина Е.К. Восстановление архитектоники колоса древнего ячменя из раскопа Усвятского городища XII века. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2024;185(3):199-209. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2024-3-199-209

For citation:


Semilet T.V., Smirnova N.V., Shvachko N.A., Kovaleva O.N., Khlestkina E.K. Restoration of the spike architectonics in ancient barley excavated at the twelfth-century settlement of Usvyaty. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2024;185(3):199-209. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2227-8834-2024-3-199-209

Просмотров: 204


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-8834 (Print)
ISSN 2619-0982 (Online)