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Wie verwandelt man Teosinte in Mais?

Wie verwandelt man Teosinte in Mais?


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Wenn ich Teosinte in Mais verwandeln möchte, mit alten Methoden wie die amerikanischen Ureinwohner, wie lange dauert es dann und was muss ich tun?

Der Frage halber nehmen wir an, dass Zeit für mich kein Problem ist. Sagen wir, ich lebe 10.000 Jahre. Aber natürlich bevorzuge ich maximale Effizienz. Wenn ich das Ergebnis in 3.000 Jahren bekomme, ist das besser als 5.000 Jahre.


Anfangs mochte ich diese Frage nicht sehr, aber ich änderte meine Meinung, als mir klar wurde, dass es tatsächlich laufende Forschungen gibt, um genau das zu tun, was Sie vorschlagen, um zu untersuchen, wie lange es dauert, Mais aus Teosinte zu gewinnen.

John Doebley von der University of Wisconsin-Madison führt ein Projekt durch, um 30 Generationen von Teosinte zu züchten, um bei einem einzigen Parameter, der Länge der Seitenäste, "maisähnlicher" zu sein.

Die erste Herausforderung besteht darin, eine Sorte zu finden, die nicht bereits durch modernen Mais kontaminiert ist - das ist nicht vollständig möglich, aber er wählte eine Sorte mit minimaler Hybridisierung aus. Sie müssten dasselbe tun.

Zweitens müssen Sie an einem isolierten Ort pflanzen, um eine Hybridisierung weiter zu verhindern. Dr. Doebley hat zu diesem Zweck ein Grundstück in Hawaii.

Beachten Sie, dass dieser Wissenschaftler, obwohl er nur über 30 Generationen auswählt, keine große Veränderung erwartet (dh er erwartet nicht, dass er etwas wie Mais hat, wenn er fertig ist) und er wählt nur auf einer einzigen aus Darüber hinaus wurde dieser Parameter speziell dafür gewählt, dass er leicht zu bewerten ist, eine große Variation in der bestehenden Population zeigt und durch ein bekanntes einzelnes Gen beeinflusst wird. Viele weitere Generationen würden erwartet, ein Produkt wie modernen Mais zu bekommen. Und selbst der domestizierte Mais hat sich im Laufe der Jahrtausende der Landwirtschaft stark verändert.

Für diese Antwort verweise ich einfach auf die Projektwebsite, die ich oben verlinkt habe, aber für den Fall, dass dieser Link tot ist, finden Sie hier einige Literatur, die das Projekt direkt zitiert:

Beadle, G. W., 1977 The origin of Zea mays, S. 615-635 in Origins of Agriculture, herausgegeben von C. E. Reed. Mouton, Den Haag.

Beadle, G. W., 1978 Teosinte and the origin of mais, S. 113-128 in Maize Breeding and Genetics, herausgegeben von D. B. Walden. John Wiley & Söhne, New York, NY.

Doebley, J., A. Stec und C. Gustus, 1995 Teosinte Branched1 und der Ursprung des Mais: Beweise für Epistase und die Evolution der Dominanz. Genetik 141: 333-346.

Doebley, J., A. Stec und L. Hubbard, 1997 Die Evolution der apikalen Dominanz bei Mais. Natur 386: 485-488.

Doebley, J. F., A. Stec, J. Wendel und M. Edwards, 1990 Genetische und morphologische Analyse einer Mais-Teosinte F2-Population: Implikationen für die Herkunft von Mais. Proz. Natl. Akad. Wissenschaft 87: 9888-9892.

Iltis, H., 1987 Maize evolution and Agricultural Origins, S. 195-213 in Grass Systematik und Evolution, herausgegeben von T. Soderstrom, K. Hilu, C. Campbell und M. Barkworth. Smithsonian Inst. Presse, Washington, D.C.

Wang, R.-L., A. Stec, J. Hey, L. Lukens und J. Doebley, 1999 Die Grenzen der Selektion bei der Maisdomestikation. Natur 398: 236-239.

Wilkes, H. G., 1967 Teosinte: der nächste Verwandte von Mais. Das Bussey-Institut, Harvard University, Cambridge.

Wilkes, H. G., 1977 Hybridisierung von Mais und Teosinte in Mexiko und Guatemala und die Verbesserung von Mais. Ökon. Bot. 31: 254-293.


TCP-Transkriptionsfaktoren: Evolution, Struktur und biochemische Funktion

Eduardo González-Grandío , Pilar Cubas , in Pflanzentranskriptionsfaktoren , 2016

9.1 Einführung

Die Teosinte branched1/Cincinnata/proliferating cell factor (TCP)-Familie ist eine Gruppe pflanzenspezifischer Gene, die für Transkriptionsfaktoren kodieren, die sich die sogenannte TCP-Domäne teilen, eine 59-Aminosäure-Strecke, von der vorhergesagt wird, dass sie eine nicht-kanonische grundlegende Helix-Schleife bildet. Helix (bHLH)-Struktur (Cubas et al., 1999). Die TCP-Domäne wurde nach den ersten identifizierten Familienmitgliedern benannt, vier anscheinend nicht verwandte Proteine ​​mit unterschiedlichen Rollen bei der Kontrolle der Pflanzenentwicklung und des Pflanzenwachstums, CYCLOIDEA (CYC) aus Löwenmaul (Antirrhinum majus), beteiligt an der Kontrolle der bilateralen Blütensymmetrie (Luo et al., 1996), Teosinte branched1 (TB1) aus Mais (Zea mays), eine Schlüsseldeterminante für die apikale Dominanz von Mais (Doebley et al., 1997) und die proliferierenden Zellfaktoren 1 und 2 (PCF1, PCF2) aus Reis (Oryza sativa), Transkriptionsfaktoren, die den Promotor des PROLIFERIERENDES ZELLNUKLEARES ANTIGEN (PCNA) Gen (Kosugi und Ohashi, 1997). Seit ihrer Entdeckung wurde eine Vielzahl von Informationen über ihre Evolution im gesamten Pflanzenreich, von Grünalgen bis zu Eudikotosen, sowie über die biochemische Funktion von TCP-Proteinen als Transkriptionsregulatoren erhalten. In diesem Kapitel fassen wir die neuesten Arbeiten zur Evolution der TCP-Familie in Angiospermen sowie zur biochemischen Rolle von TCP-Proteinen als Transkriptionsregulatoren zusammen. Wir werden uns speziell auf die Rolle verschiedener Motive und spezifischer Reste der TCP-Domäne bei Protein-DNA- und Protein-Protein-Wechselwirkungen konzentrieren und die Beteiligung anderer TCP-Proteinregionen an der posttranslationalen Regulation und Funktion dieser Proteine ​​diskutieren.


Entwicklung von Mais

In diesem Kapitel werden die wichtigsten Merkmalsunterschiede zwischen Teosinte und Mais bei isogenen Hintergründen vorgestellt, die es ermöglichen, die minimale Anzahl genetischer Veränderungen zu bestimmen, die für die Umwandlung von Teosinte in Mais notwendig sind, um die Vererbung und die chromosomale Position dieser Gene zu bestimmen, um die modifizierenden Auswirkungen von zu bestimmen Hintergrundgene bei der Gestaltung der Expression der wichtigsten Merkmalsgene und um aus der vergangenen und aktuellen Richtung der Maisevolution zu bestimmen, wohin sie von hier aus gehen könnte und welche Loci und Gene nützlich sein werden, um die zukünftige Erweiterung zu steuern Evolution. Nur vier oder fünf vererbte Schlüsselmerkmalseinheiten trennen Teosinte von Mais und basieren auf der Wiederfindungsrate der Elterntypen in F2 Trennungen. Ein Standpunkt besagt, dass diese vererbten Einheiten Cluster von miteinander verbundenen Genen sind, die schließlich ihre partiellen Isolationsmechanismen durch enge Verknüpfung, Cross-Over-Suppressoren – wie kryptische Umlagerungen – und Chromosomen-Knöpfe oder durch enge Verknüpfung mit Gametophyten-Genen entwickelt haben.


Eine riskante Unternehmung

Nach sieben Jahren gentechnisch veränderter Pflanzenproduktion und ohne erkennbare gesundheitliche Auswirkungen haben potenzielle Umweltrisiken – insbesondere der Genfluss in andere Arten – die Lebensmittelsicherheit als Hauptanliegen verdrängt. Wenn sich Pollen und Samen in der Umwelt bewegen, können sie genetische Merkmale auf benachbarte Nutzpflanzen oder wilde Verwandte übertragen. Viele selbstbestäubende Pflanzen wie Weizen, Gerste und Kartoffeln weisen eine geringe Häufigkeit des Genflusses auf, aber die promiskuitiveren Pflanzen wie Zuckerrüben und Mais verdienen größere Bedenken.

Die Bestimmung, wohin die Gene fließen, ist ein florierender Forschungsweg, aber die eigentliche Frage lautet "Na und?" Die mit dem Genfluss verbundenen Risiken – wie die Erzeugung von Unkraut durch eingeführte Merkmale, die Verringerung der biologischen Vielfalt oder die Schädigung von Nichtzielarten – ähneln denen von konventionell gezüchteten Pflanzen. „Ich würde die ökologischen Bedenken nicht von der Hand weisen, aber ich denke, sie können übertrieben werden“, sagt Gabrielle Persley, die Autorin des ICSU-Berichts.

Es gibt wenige Fälle, in denen Nutzpflanzen zu Unkräutern werden. Über Hunderte von Jahren so intensiv gezüchtet, können die meisten Nutzpflanzen ohne menschliches Eingreifen nicht überleben. Erhöhtes Unkraut könnte jedoch vermittelt werden, wenn die Pflanzen fitter oder in der Lage sind, andere Kulturpflanzenarten zu übertreffen, indem sie mehr Saatgut produzieren, Pollen oder Saatgut weiter verbreiten oder in einer bestimmten Umgebung kräftiger wachsen. Tatsächlich können transgene Sonnenblumen über 50 % mehr Samen produzieren als herkömmliche Sorten. Darüber hinaus zeigen neuere Arbeiten, dass Samen im Vergleich zu Pollen mit größerer Wahrscheinlichkeit genetisch veränderte Zuckerrüben-Gene auf wildlebende Verwandte in Westeuropa übertragen. Norman Ellstrand, Pflanzengenetiker an der University of California in Riverside, hat gezeigt, dass der Genfluss vieler konventionell gezüchteter Pflanzen das Unkraut der nahen wilden Verwandten erhöht.

Für viele domestizierte Nutzpflanzen gibt es in den derzeitigen Anbaugebieten keine Wildsorten. Dennoch sind Regionen, in denen Kulturpflanzen entstanden sind, besonders anfällig für transgenen Genfluss in lokale Sorten oder Landrassen. Manche befürchten, dass transgene Sorten mit Wettbewerbsvorteil die wertvolle genetische Vielfalt allmählich verdrängen könnten. Aus diesen Gründen ist transgener Mais in Mexiko verboten, in dem über 100 einzigartige Sorten vorkommen.

Trotz des Verbots wurden Transgene in mexikanischem Mais gefunden. „Wir haben in mehreren Fällen bestätigt, dass es Transgene in Maislandrassen in Oaxaca gibt“, sagt Ariel Alvarez-Morales, Pflanzengenetiker am mexikanischen Zentrum für Forschung und fortgeschrittene Studien (CINVESTAV) in Irapuato. Die Auswirkungen werden noch lange nicht bekannt sein, aber Luis Herrera-Estrella, Direktor für Pflanzenbiotechnologie von CINVESTAV, ist überzeugt, dass diese einzelnen Genmerkmale für einheimische mexikanische Sorten von geringer Bedeutung sein werden. „Wenn Bt-Gene dem Landwirt einen Vorteil verschaffen, werden sie ihn weiter anbauen. Dann wird es nicht schlecht“, sagt er über sich dynamisch verändernde Landrassen. „Genfluss findet seit 50 Jahren von kommerziellen Linien zu Landrassen statt.“ Während er dies zugibt, weist Ellstrand darauf hin, dass "wenn es Gene gibt, die man nicht in Landrassen bekommen möchte, dies zeigt, wie leicht sie dorthin gelangen können." (Siehe Kasten 2.)

Kasten 2. Pharma-Mais

„Das Genflussrisiko, das mich nachts wach hält, ist die Möglichkeit der Hybridisierung zwischen Pflanzen, die zur Herstellung von Giften entwickelt wurden, und verwandten Pflanzen, die für den menschlichen Verzehr bestimmt sind“, sagt Pflanzengenetiker Norman Ellstrand. Tatsächlich zielt diese Anwendung von gentechnisch veränderten Pflanzen darauf ab, Mais in kostengünstige pharmazeutische Fabriken zu verwandeln, und kann mit einem inakzeptablen Risiko behaftet sein. Es wird derzeit intensiv diskutiert. Mais ist eine offen bestäubte Pflanze und für ihre Promiskuität bekannt, was sie anfälliger für Genflussrisiken macht als andere Pflanzen. Genetische Kontamination bekommt eine ganz neue Bedeutung, wenn das entweichende Merkmal Proteine ​​​​produzieren könnte, um Diabetes oder einen Hepatitis-B-Impfstoff zu behandeln.

Angesichts der Tatsache, dass Pharmamais mehrere Sicherheitsmaßnahmen erfordert – einschließlich der Produktion in abgelegenen Gebieten, separater landwirtschaftlicher Ausrüstung, verzögerter Aussaat, um die Bestäubung auszugleichen – fragen viele: "Warum Mais verwenden?" „Wir wissen so viel über die Maisgenetik“, erklärt der Agrarbiotechnologe Guy Cardineau, „und sie bietet sich natürlich für die Produktion mit unbegrenzt lagerfähigen Kernproteinpaketen an.“ Eine Reihe von Wissenschaftlern und US-amerikanischen Lebensmittelherstellern sind noch nicht davon überzeugt, dass die Vorteile die Risiken überwiegen, und haben sich Umweltgruppen angeschlossen, um die Verwendung von Pharmamais in Frage zu stellen.

Im Jahr 2002 wurden auf über 130 Hektar Feldversuche für pharmazeutische Nutzpflanzen angelegt. Mehrere Produkte wurden in klinische Studien überführt. Im Bewusstsein der Bedenken beschlossen die Mitglieder der einflussreichen Biotechnology Industry Organization im vergangenen Dezember, ihre ursprüngliche Entscheidung, Pharmapflanzen aus den Maisgürtelstaaten der Vereinigten Staaten zu entfernen und deren Verwendung freiwillig zu überwachen, aufzuheben. Kürzlich wurde in Colorado ein Versuch gestartet, in dem Mais ein Protein zur Behandlung von Mukoviszidose produziert.

Unbeabsichtigte Auswirkungen sind in der Tat ein Hauptanliegen. Das potenzielle Risiko für Nicht-Zielorganismen stand im Mittelpunkt, als eine Veröffentlichung aus dem Jahr 1999 Natur vermuteten, dass Monarchfalterpopulationen durch Bt-Transgene nachteilig beeinflusst werden könnten. Korrigiert durch nachfolgende Veröffentlichungen unterstützten die Feldversuche die ursprünglichen Laborergebnisse nicht. Die Auswirkungen auf andere Nichtzielorganismen wie Bodenmikroben bleiben jedoch besorgniserregend. Als die mikrobielle Genetikforschung aufdeckte, wie Gene auf andere Weise als durch Reproduktion zwischen Arten übertragen werden könnten, den sogenannten horizontalen Gentransfer, erklärte dies nicht nur, warum Mikroorganismen so vielfältig sind, sondern auch, dass Mikroben möglicherweise mit im Boden gefundener gv-Pflanzen-DNA ausgestattet werden könnten . „Obwohl eine theoretische Möglichkeit, gibt es keine Beweise dafür, dass dies in irgendeiner Häufigkeit sinnvoll ist“, sagt Persley.

Die Meinungen hierzu gehen jedoch auseinander und scheinen der Kluft zwischen den Vereinigten Staaten und der Europäischen Union bezüglich der Verwendung von gv-Pflanzen zu folgen. Kaare Nielsen, mikrobielle Genetikerin an der norwegischen Universität Tromsø, ist einer der wenigen Wissenschaftler, die Beispiele für horizontalen Gentransfer finden. „Eigentlich gibt es nur sehr wenige Studien und die meisten wurden an Anlagen der ersten Generation durchgeführt“, erklärt Nielsen. Angesichts der Tatsache, dass Pflanzen-DNA im Boden mehr als zwei Jahre überdauern kann, hält Nielsen diese Möglichkeit nicht für ausgeschlossen und argumentiert, dass Langzeitstudien erforderlich sind. Die Arbeit in diesem Bereich wird in Europa fortgesetzt.

Das Fehlen von ökologischen Basisdaten – selbst wenn man sich darüber einig ist, was ein angemessener Basiswert ist – stellt eine erhebliche Wissenslücke bei Umweltverträglichkeitsprüfungen dar. Wissenschaftler, darunter auch Nielsen, fragen sich, ob es unerwartete Risikofaktoren geben könnte. Allison Snow, Unkrautexpertin an der Ohio State University, stimmt dem zu, was viele als das wichtigste Risiko empfinden – der Unfähigkeit, alle Auswirkungen vorherzusehen. „Kennen wir alle richtigen Fragen, die wir uns stellen sollten?“ fragt sie sich und fügt hinzu: „Gene sind kompliziert und können interagieren.“ Aus diesen Gründen sind die Identifizierung von Faktoren, die Unkraut- und Schädlingspopulationen regulieren, und die Bestimmung, wie sich mikrobielle Veränderungen in der Gemeinschaft auf größere Ökosysteme auswirken, wichtige Forschungsbereiche.


Teosinte

Vor etwa 9.000 Jahren begannen die Menschen im Balsas-Tal im südlichen Zentralmexiko mit wildem Teosinte zu interagieren. Im Laufe von mehreren tausend Jahren Saatgutverwaltung entwickelten unsere Vorfahren domestizierten Mais und die Tausenden von verschiedenen Sorten, die heute existieren.

KULINARISCHE VERWENDUNG:

Teosinte wird nicht häufig konsumiert. In Mexiko wird der Stängel wegen seiner süßen Säfte gekaut, die an Zucker erinnern. Archäologische Beweise deuten darauf hin, dass der süße Saft aus den Stielen von Teosinte vor der Entdeckung des Getreides konsumiert wurde. Die harte Außenhülle von Teosinte macht das trockene Getreide ungenießbar. Es war eine genetische Mutation, die dazu führte, dass diese harte äußere Hülle verschwand. Alte Pflanzenzüchter machten sich diese Eigenschaft zunutze, indem sie diese Körner speicherten und pflanzten und Mais im Wesentlichen zu dem machten, was er heute ist.

SOZIO-KULTURELLE BEDEUTUNG:

Teosinte ist eine äußerst wichtige Kulturpflanze, da man glaubte, dass die Unterart parviglumis ist der wilde Vorläufer des Maises. Vor etwa 9.000 Jahren wuchs Teosinte wild, als grasähnliche Pflanze mit einem Korn in einer harten Schale, die erst bei Reife verteilt wurde. Vor etwa 9.000 bis 6.000 Jahren begannen sich antike Menschen zu entwickeln parviglumis Teosinte in eine Ernte umgewandelt, die eher dem ähnelt, was wir als Mais kennen. Seine Kerne begannen ohne die harte Schale zu wachsen, und die Menschen domestizierten diese Pflanze wegen ihres Korns, wodurch die Größe und Textur der Kerne verändert wurde. Diese Mutation, die zum Verlust der Schale führte, führte dazu, dass die Pflanze in ihrer jetzigen Form nicht mehr wild wachsen konnte, da die Kerne vor Fressfeinden wie Vögeln ungeschützt waren. Es wird angenommen, dass sich der Mais durch diese Interaktionen mit dem Menschen zu der Pflanze entwickelt hat, die er heute ist.

Teosinte ist im amerikanischen Südwesten nie gewachsen. Domestizierter Mais wurde im Südwesten vor 4000 Jahren angebaut. Als domestizierte Maissorten aus Zentralmexiko in ganz Amerika transportiert wurden, bestäubten sie andere Unterarten von Teosinte, einschließlich Zea Mays Mexicana die im Nordwesten Mexikos beheimatet ist.

Bauern in Mexiko und Mittelamerika lassen die wilden Teosinte-Pflanzen immer noch an den Rändern ihrer Maisfelder wachsen, da angenommen wird, dass der Teosinte die Maispflanzen „stärker“ macht. Dies liegt daran, dass der genetische Transfer zwischen wilden und domestizierten Sorten den genetischen Code des domestizierten Mais diversifiziert und die Auswirkungen von Inzucht und genetischer Verengung reduziert. Die Pollen von Teosinte können die Seiden des domestizierten Mais bestäuben, da sie noch sehr eng verwandt sind. Diese Vielfalt führt zu gesünderen Bevölkerungen. Teosinte wird in Mexiko häufig als Futterpflanze für Rinder verwendet und die Samen können an andere Nutztiere wie Hühner und Schweine verfüttert werden.

Teosinte gilt als die Maismutter und nimmt daher einen sehr wichtigen Platz in der indigenen Kultur und im Glauben ein. Für viele indigene Gesellschaften Amerikas gilt Mais als die Mutter aller Menschen und ist die wichtigste Kulturpflanze. Der Name Teosinte leitet sich vom Nahuatl-Wort ab tosintli was bedeutet heiliger Mais. Viele indigene Völker, die die Saatgutbank von Native Seeds/SEARCH besuchen, haben Teosinte geehrt. Ein denkwürdiger Moment kam von Martina, einer jungen Zapotekenlehrerin aus Oaxaca. Sie fing an zu weinen, als sie die kostbaren Teosintesamen in der Hand hielt. Sie sprach davon, dass ihre Familie und Kultur Geschichten über den heiligen Teosinte haben, aber sie war nie in der Lage gewesen, ihn zu sehen. Es zu halten war etwas sehr Kostbares für sie.

ANBAUTECHNIKEN:

Teosinte wächst häufig wild in Südmexiko, entlang von Flussufern und an Hängen, ist aber auch in Brachland und entlang von Feldgrenzen zu finden. Teosinte-Pflanzen produzieren erst in den kürzeren Herbsttagen Blüten oder Quasten, was die Samenernte in frostgefährdeten Gebieten in Nordamerika erschwert. Sein natürliches Verbreitungsgebiet erstreckt sich nicht über den südlichen Chihuahua hinaus.

Dieser wilde Vorfahre des domestizierten Mais hat viele der gleichen Merkmale wie moderner Mais. Die Ohren sind jedoch klein (2-3 ") mit nur 1 Reihe von dreieckigen Samen. Die Pflanzen produzieren Seide und Quasten, sind aber buschiger mit vielen Zweigen. Jeder Samen ist von einer sehr harten Fruchthülle umgeben, die ihn schützt Die Samen über Nacht einweichen, um die Keimung zu unterstützen.

VERWEISE:

Teocintl. (2015). Abgerufen von http://www.biodiversidad.gob.mx/usos/maices/teocintle2012.html

Boutard, Anthony (2012) Schöner Mais: Amerikas ursprüngliches Getreide vom Samen bis zum Teller. Vancouver, Kanada: New Society Publishers.


Wie verwandelt man Teosinte in Mais? - Biologie

Die Evolutionswissenschaft ist so viel größer, so viel tiefer, so viel interessanter, als ihre Gegner (verständlicherweise) zugeben werden. Es ist komplizierter, als Michael Behe ​​oder Bill Dembski vermuten lassen, und doch ist es nicht schwer zu folgen, für diejenigen, die es versuchen wollen. Die besten Arbeiten von Evolutionsbiologen sind unendlich faszinierend und wissenschaftlich hervorragend, und sie zu lesen ist anregend und macht Spaß.

Als experimenteller Entwicklungsbiologe, der Arbeiten in der Evolutionsbiologie liest, sehne ich mich jedoch oft nach dem, was wir "das endgültige Experiment" nennen. Die Molekularbiologie kann zum Beispiel auf einige definitive Experimente verweisen – elegant und oft einfach –, die Antworten auf große Fragen lieferten. Manchmal denke ich, während ich eine ausgezeichnete evolutionäre Erklärung untersuche: "Wäre es nicht großartig, wenn sie das Experiment durchführen könnten?"

Natürlich ist viel Evolutionsbiologie experimentell, und ich habe in diesem Blog einige sehr gute Beispiele experimenteller Evolutionswissenschaft besprochen. Aber wenn es um die Auswahl und die Entwicklung neuer Strukturen und Funktionen geht, scheint die Analyse oft nach einem Experiment zu verlangen, das einfach zu konzipieren, aber in der Regel unmöglich durchzuführen ist – es fehlt die Zeit. Der bisherige Journal Club hat sich mit einer Möglichkeit befasst, diese Einschränkung zu umgehen: die Vergangenheit wieder zum Leben zu erwecken. Noch besser wäre es jedoch, ein Beispiel für einen evolutionären Wandel zu finden, in dem die neue und die alte Form noch leben, um den Vorher-Nachher-Vergleich durchführen zu können. Es würde in etwa so aussehen: Man nehme eine Art, unterwerfe sie evolutionären Einflüssen irgendeiner Art, bis die Nachkommen sich deutlich von den Vorfahren unterscheiden, dann vergleiche die Genome (oder Entwicklungsprozesse) des Nachkommens und des Vorfahren, in der Hoffnung, die Arten von Veränderungen auf genetischer oder Entwicklungsebene, die zu den Unterschieden im Aussehen oder in der Funktion der Organismen geführt haben. Das wäre ein cooles Experiment.

Tatsächlich wurde diese Art von Experiment mehr als einmal durchgeführt. Das beste Beispiel ist meiner Meinung nach ein Organismus, der weit weniger sexy ist als ein Dinosaurier, ein Finke oder ein Wal: Zea mays, besser bekannt als Mais (oder Mais).

Mais ist ein Gras, aber ein Gras, das so umfassend genetisch verändert wurde, dass es (für Nicht-Spezialisten wie mich) kaum als Mitglied dieser Familie zu erkennen ist. Warte ab. genetisch veränderte? Ja, und ich spreche nicht von den wirklich modernen Tricks, die uns Bt-Mais oder Roundup Ready-Mais gegeben haben. Tatsächlich unterscheidet sich das wunderbare Zeug, das sie in Iowa anbauen, ganz von den Pflanzen, die Menschen vor einigen Jahrtausenden in Mittelamerika zum ersten Mal zu ernten und zu domestizieren begannen. Mais, wie wir ihn kennen, ist das Ergebnis einer großen evolutionären Transformation, die durch die Selektion durch den Menschen angetrieben wird. (Ich finde die Unterscheidung zwischen natürlicher und künstlicher Auswahl überhaupt nicht sinnvoll, da es keinen erklärenden Unterschied gibt, aber Sie können die hier betrachtete Auswahl als "künstlich" bezeichnen, wenn Sie sich dadurch besser fühlen.) Die Geschichte war ein wichtiger Thema in der Evolutionsgenetik seit Jahrzehnten, aber es fehlt in den populären Diskussionen weitgehend, wahrscheinlich weil das Discovery Institute es mit Bedacht vermieden hat. Ich hoffe, es wird bald klar, warum Sie das Wort 'teosinte' nirgendwo auf Discovery.org finden.

Die Herkunft des Maises war viele Jahre lang ein Rätsel. Wie die meisten bekannten Nutzpflanzen wurde sie vor 6000-10.000 Jahren domestiziert. Aber im Gegensatz zu anderen Nutzpflanzen war sein wilder Vorfahre bis vor relativ kurzer Zeit unbekannt. Warum diese seltsame Wissenslücke? Nun, es stellt sich heraus, dass Mais schockierend anders ist – in Form oder Morphologie – von seinem nächsten wilden Verwandten, einem Gras namens Teosinte, das immer noch im Südwesten Mexikos beheimatet ist. Tatsächlich unterscheiden sich Mais und Teosinte so sehr im Aussehen, dass Biologen zunächst dachten, Teosinte sei enger mit Reis verwandt als mit Mais, und selbst als Beweise für eine genetische und evolutionäre Verwandtschaft begannen, war die Idee schwer zu akzeptieren. John Doebley, Genetiker an der University of Wisconsin und Experte für Maisgenetik und Evolution, drückt es so aus: "Die erstaunlichen morphologischen Unterschiede zwischen den Ähren von Mais und Teosinte schienen die Möglichkeit auszuschließen, dass Teosinte der Vorläufer von Mais sein könnte." (Aus dem Jahresbericht 2004, verfügbar auf der Labor-Website und unten zitiert.)

  • Die Chromosomen von Mais und Teosinte sind bei sehr feinen strukturellen Details kaum zu unterscheiden.
  • Eine Analyse mit Mikrosatelliten-DNA (repetitive DNA-Elemente, die in den meisten Genomen zu finden sind) identifizierte Teosinte als unmittelbaren Vorfahren von Mais und zeigte, dass die Divergenz in Übereinstimmung mit archäologischen Funden vor 9000 Jahren stattfand.
  • Am wichtigsten ist, dass eine Kreuzung zwischen Mais und Teosinte gesunde, fruchtbare Nachkommen hervorbringt. Erstaunlicherweise sind Mais und Teosinte, obwohl sie so unterschiedlich im Aussehen sind, dass sie von Biologen zunächst als nicht verwandt angesehen wurden, eindeutig Mitglieder derselben Spezies.

Schauen Sie sich zunächst ein Beispiel für eine der evolutionären Veränderungen von Teosinte unter menschlicher Selektion an.

Die kleine Ähre links ist eine "primitive" Ähre, das braune Ding rechts ist eine Ähre aus reinem Teosinte. (Beide sind etwa 5 cm lang.) Die "primitive" Ähre ähnelt archäologischen Exemplaren, die den frühesten bekannten Mais darstellen. Bild von John Doebley, "Die Genetik der Maisevolution", Jährliche Überprüfung der Genetik 38:37-59, 2004. Artikel von der Doebley-Labor-Website heruntergeladen.

Das Ding ganz links ist ein Teosinte "Ohr", ganz rechts ist unser Freund Mais und die Mitte ist das, was man in einem Hybrid zwischen den beiden bekommt. Foto von John Doebley Bild von der Website des Doebley-Labors.

Als ich auf der Jahrestagung 2006 der Gesellschaft für Entwicklungsbiologie zum ersten Mal von dieser Arbeit hörte, war ich erstaunt, wie viel grundlegende Evolutionsbiologie in diesem großen laufenden Experiment experimentell analysiert wurde. Hier sind zwei wichtige Beispiele für die Erkenntnisse und Entdeckungen, die in jüngsten Studien zur Maisevolution gewonnen wurden.

1. Erfordert die Entwicklung neuer Merkmale neue, seltene Mutationen in wichtigen Genen?

Vielleicht erscheint Ihnen das wie eine dumme Frage. Anti-Evolutions-Propagandisten sind bestrebt, den Eindruck zu erwecken, dass evolutionäre Veränderungen nur dann auftreten, wenn eine kleine Anzahl von äußerst unwahrscheinlichen Mutationen es irgendwie schafft, einer Spezies zu helfen und sie nicht zu verletzen. Tatsächlich hat die experimentelle Biologie gute Beispiele für solche Phänomene hervorgebracht. Aber es gibt mindestens ein anderes genetisches Modell, das aufgestellt wurde, um die Evolution neuer Formen zu erklären. Diese Ansicht postuliert, dass viele Hauptmerkmale von Organismen "Schwellen"-Merkmale sind, was bedeutet, dass sie von vielen konvergierenden Einflüssen bestimmt werden, die sich addieren und - sobald der Einfluss einen Schwellenwert überschreitet - das Merkmal erzeugen. Das Modell sagt voraus, dass bestimmte invariante (d. h. sich nie ändernde) Merkmale dennoch eine signifikante genetische Variation aufweisen würden, da die evolutionäre Selektion auf das Gesamtmerkmal und nicht auf die einzelnen genetischen Einflüsse, die sich addieren, einwirkt. Daher die Implikation, dass.

Vergleichen Sie diese Diskussion und ähnliche Diskussionen in dem von mir zitierten Artikel mit dem Gekläff über Mutationen, das als Anti-Evolutions-Kritik der evolutionären Genetik durchgeht. Ich kann keine Beweise dafür finden, dass Michael Behe ​​oder irgendein anderer ID-Theoretiker auch nur versucht hat, die Bedeutung der genetischen Variation in Populationen ernsthaft anzusprechen. Ich habe The Edge of Evolution noch nicht gelesen, aber ich habe es hier, und der Index deutet darauf hin, dass Behe ​​nicht versucht hat, sich über die High-School-Ebene hinaus mit Genetik zu beschäftigen. Es gibt einen guten Grund, warum Behe ​​in der Evolutionsbiologie ein Objekt der Verachtung ist. Er möchte, dass du denkst, dass es daran liegt, dass seine Kritiker gemein sind. Nein, es ist viel schlimmer.

2. Ergibt sich evolutionäre Veränderung jemals aus einem "Informationsgewinn" oder beschneidet die darwinistische Evolution nur Dinge?

Es wäre leicht, von verschiedenen Kreationisten und ID-Befürwortern den Eindruck zu gewinnen, dass Mutation und Selektion nur Dinge aus einem Genom entfernen können. Der Kommentar der Young-Earth-Kreationisten zur "Mikroevolution" (ein ekliger Begriff für die heute unbestreitbare Tatsache der genetischen Veränderung im Laufe der Zeit) fügt immer hinzu, dass diese Art von Veränderung KEINE NEUEN INFORMATIONEN beinhaltet. (Die Großbuchstaben sind anscheinend wichtig, da Großbuchstaben und/oder Kursivschrift in der kreationistischen Verleugnung zu diesem Thema unverzichtbar sind.)

In ähnlicher Weise möchte Michael Behe, dass Sie denken, dass nützliche (oder adaptive) Mutationen eine Art Unmöglichkeit sind und dass, wenn sie passieren, dies fast immer daran liegt, dass etwas gelöscht oder beschädigt wurde, mit einem positiven Ergebnis.

Evolutionsstudien bei Mais und Teosinte (und anderen domestizierten Pflanzen), ganz zu schweigen von Erkenntnissen wie der HIV-Geschichte in Abbie Smiths mittlerweile berühmtem Blog, erzählen eine andere – und natürlich wunderbar interessantere – Geschichte. In einem Kurzaufsatz über die Genetik der Kulturpflanzenevolution in Science im vergangenen Juni stellt John Doebley fest, dass die meisten Mutationen, die zu großen evolutionären Innovationen führten, bei Transkriptionsfaktoren auftraten, bei denen es sich um Proteine ​​handelt, die andere Gene an- und abschalten. Dann das:

Der Wandel von Teosinte zu Mais vollzog sich in etwa tausend Jahren. Das ist eine schnelle Entwicklung. Wenden Sie die Selektion auf eine variierende Population an, und Sie erhalten neue Funktionen, neue Proteine, neue Gene, völlig neue Organismen. Schnell .

Zusammenfassend können wir also das Experiment durchführen. Und wir haben das Experiment gemacht. („Wir“ sind John Doebley und seine vielen fähigen Kollegen.) Und wir haben viel über Evolution und Entwicklung gelernt. Nun, wenn wir nur die Leute dazu bringen können, es zu lesen. Dann wissen sie mehr über die Evolution und über Gottes Welt und über die Vertrauenswürdigkeit der Anti-Evolutions-Propagandamaschinen, die die Leichtgläubigkeit evangelikaler Christen ausnutzen.

Gepostet von Stephen Matheson  

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Die Evolutionswissenschaft ist so viel größer, so viel tiefer, so viel interessanter, als ihre Gegner (verständlicherweise) zugeben werden. Es ist komplizierter, als Michael Behe ​​oder Bill Dembski vermuten lassen, und doch ist es nicht schwer zu folgen, für diejenigen, die es versuchen wollen. Die besten Arbeiten von Evolutionsbiologen sind unendlich faszinierend und wissenschaftlich hervorragend, und sie zu lesen ist anregend und macht Spaß.

Als experimenteller Entwicklungsbiologe, der Arbeiten in der Evolutionsbiologie liest, sehne ich mich jedoch oft nach dem, was wir "das endgültige Experiment" nennen. Die Molekularbiologie zum Beispiel kann auf einige definitive Experimente verweisen – elegant und oft einfach – die Antworten auf große Fragen lieferten. Manchmal denke ich, während ich eine ausgezeichnete evolutionäre Erklärung untersuche: "Wäre es nicht großartig, wenn sie das Experiment durchführen könnten?"

Natürlich ist viel Evolutionsbiologie experimentell, und ich habe in diesem Blog einige sehr gute Beispiele experimenteller Evolutionswissenschaft besprochen. Aber wenn es um die Auswahl und die Entwicklung neuer Strukturen und Funktionen geht, scheint die Analyse oft nach einem Experiment zu verlangen, das einfach zu konzipieren, aber in der Regel unmöglich durchzuführen ist – es fehlt die Zeit. Der bisherige Journal Club hat sich mit einer Möglichkeit befasst, diese Einschränkung zu umgehen: die Vergangenheit wieder zum Leben zu erwecken. Noch besser wäre es jedoch, ein Beispiel für einen evolutionären Wandel zu finden, in dem die neue und die alte Form noch leben, um den Vorher-Nachher-Vergleich durchführen zu können. Es würde ungefähr so ​​aussehen: Man nehme eine Art, unterwerfe sie evolutionären Einflüssen irgendeiner Art, bis die Nachkommen sich deutlich von den Vorfahren unterscheiden, dann vergleiche die Genome (oder Entwicklungsprozesse) des Nachkommens und des Vorfahren, in der Hoffnung, die Arten von Veränderungen auf genetischer oder Entwicklungsebene, die zu den Unterschieden im Aussehen oder in der Funktion der Organismen geführt haben. Das wäre ein cooles Experiment.

Tatsächlich wurde diese Art von Experiment mehr als einmal durchgeführt. Das beste Beispiel ist meiner Meinung nach ein Organismus, der weit weniger sexy ist als ein Dinosaurier, ein Finken oder ein Wal: Zea mays, besser bekannt als Mais (oder Mais).

Mais ist ein Gras, aber ein Gras, das so umfassend genetisch verändert wurde, dass es (für Nicht-Spezialisten wie mich) kaum als Mitglied dieser Familie zu erkennen ist. Warte ab. genetisch veränderte? Ja, und ich spreche nicht von den wirklich modernen Tricks, die uns Bt-Mais oder Roundup Ready-Mais gegeben haben. Tatsächlich unterscheidet sich das wunderbare Zeug, das sie in Iowa anbauen, ganz von den Pflanzen, die Menschen vor einigen Jahrtausenden in Mittelamerika zum ersten Mal zu ernten und zu domestizieren begannen. Mais, wie wir ihn kennen, ist das Ergebnis einer großen evolutionären Transformation, die durch die Selektion durch den Menschen angetrieben wird. (Ich finde die Unterscheidung zwischen natürlicher und künstlicher Auswahl überhaupt nicht sinnvoll, da es keinen erklärenden Unterschied gibt, aber Sie können die hier betrachtete Auswahl als "künstlich" bezeichnen, wenn Sie sich dadurch besser fühlen.) Die Geschichte war ein wichtiger Thema in der Evolutionsgenetik seit Jahrzehnten, aber es fehlt in den populären Diskussionen weitgehend, wahrscheinlich weil das Discovery Institute es mit Bedacht vermieden hat. Ich hoffe, es wird bald klar, warum Sie das Wort 'teosinte' nirgendwo auf Discovery.org finden.

Die Herkunft des Maises war viele Jahre lang ein Rätsel. Wie die meisten bekannten Nutzpflanzen wurde sie vor 6000-10.000 Jahren domestiziert. But unlike other crops, its wild ancestor was unknown until relatively recently. Why this odd gap in our knowledge? Well, it turns out that corn is shockingly different -- in form, or morphology -- from its closest wild relative, which is a grass called teosinte, still native to southwestern Mexico. In fact, corn and teosinte are so different in appearance that biologists initially considered teosinte to be more closely related to rice than to corn, and even when evidence began to suggest a genetic and evolutionary relationship, the idea was hard to accept. As John Doebley, University of Wisconsin geneticist and expert on corn genetics and evolution, puts it: "The stunning morphological differences between the ears of maize and teosinte seemed to exclude the possibility that teosinte could be the progenitor of maize." (From 2004 Annual Review article, available on the lab website and cited below.)

  • The chromosomes of corn and teosinte are nearly indistinguishable at very fine levels of structural detail.
  • Analysis using microsatellite DNA (repetitive DNA elements found in most genomes) identified teosinte as the immediate ancestor of corn, and indicated that the divergence occurred 9000 years ago, in agreement with archaeological findings.
  • Most importantly, a cross between corn and teosinte yields healthy, fertile offspring. So, amazingly, despite being so different in appearance that biologists initially considered them unrelated, corn and teosinte are clearly members of the same species .

First, have a look at an example of one of the evolutionary changes in teosinte under human selection.

The small ear of corn on the left is a "primitive" ear the brown thing on the right is an ear from pure teosinte. (Both are about 5 cm long.) The "primitive" ear is similar to archaeological specimens representing the earliest known corn. Image from John Doebley, "The genetics of maize evolution," Jährliche Überprüfung der Genetik 38:37-59, 2004. Article downloaded from Doebley lab website.

The thing on the far left is a teosinte "ear," the far right is our friend corn, and the middle is what you get in a hybrid between the two. Photo by John Doebley image from Doebley lab website.

When I first heard about this work at the 2006 Annual Meeting of the Society for Developmental Biology, I was astonished at the amount of basic evolutionary biology that was exposed to experimental analysis in this great ongoing experiment. Here are two key examples of the insights and discoveries generated in recent studies of corn evolution.

1. Does the evolution of new features require new, rare, mutations in major genes?

Perhaps this seems like a stupid question to you. Anti-evolution propagandists are eager to create the impression that evolutionary change only occurs when small numbers of wildly improbable mutations somehow manage to help and not hurt a species. And in fact, experimental biology has produced good examples of just such phenomena. But there is at least one other genetic model that has been put forth to explain the evolution of new forms. This view postulates that many major features exhibited by organisms are "threshold" traits, meaning that they are determined by many converging influences which add together and -- once the level of influence exceeds a threshold -- generate the trait. The model predicts that certain invariant (i.e., never-changing) traits would nevertheless exhibit significant genetic variation, since evolutionary selection is acting on the overall trait and not on the individual genetic influences that are added together. Hence the implication that.

Compare that discussion, and others like it in the paper I'm quoting, with the yapping about mutations that passes for anti-evolution criticism of evolutionary genetics. I can find no evidence that Michael Behe or any other ID theorist has even attempted to seriously address the importance of genetic variation in populations. I haven't read The Edge of Evolution yet, but I have it right here, and the index suggests that Behe hasn't tried to engage genetics beyond the high school level. There's a good reason why Behe is an object of scorn in evolutionary biology. He wants you to think it's because his critics are mean. No it's much worse than that.

2. Does evolutionary change ever result from a "gain of information," or does Darwinian evolution merely prune things out?

It would be easy to get the impression from various creationists and ID proponents that mutation and selection can only remove things from a genome. Young-earth creationist commentary on "microevolution" (a yucky term for the now-undeniable fact of genetic change over time) always adds that this kind of change involves NO NEW INFORMATION. (The caps are important, apparently, since caps and/or italics are de rigueur in creationist denialism on this topic.)

Similarly, Michael Behe wants you to think that beneficial (or adaptive) mutations are some kind of near impossibility, and that when they do happen it's almost always because something's been deleted or damaged, with a beneficial outcome.

Studies of evolution in corn and teosinte (and other domesticated plants), not to mention findings like the HIV story on Abbie Smith's now-famous blog, tell a different -- and, of course, more wonderfully interesting -- story. In a minireview on the genetics of crop plant evolution in Science last June, John Doebley notes that most of the mutations that led to major evolutionary innovations occurred in transcription factors, which are proteins that turn other genes on and off. Then this:

The change from teosinte to corn happened in about a thousand years. That's fast evolution. Apply selection to a varying population, and you get new functions, new proteins, new genes, completely new organisms. Fast .

So in summary, we can do the experiment. And we've done the experiment. ('We' being John Doebley and his many able colleagues.) And we've learned a lot about evolution and development. Now if we can just get people to read it. Then they'll know more about evolution, and about God's world, and about the trustworthiness of the anti-evolution propaganda machines that are exploiting the credulity of evangelical Christians.


Corn Landraces, Beautiful, Diverse, and Necessary for a Changing Climate!

The fascinating “rainbow” of American corn landraces, shown in Figure 3, is the result of the interaction among three important factors: first, corn’s biological qualities (its ability to grow fast and in very diverse weather conditions and types of soil, and its particular gene combinations), second, the environments where different corn varieties have been grown for over 6,000 years, and third, the diverse cultures across the Americas, whose people have been selecting maize varieties for different uses and flavors. Therefore, the huge variety of corn landraces will not always stay the same, because these three factors also change over time. This means that we cannot just go and collect lots of seeds from each variety of corn and store them in a fridge, expecting that the varieties we save will still be able to grow even when the conditions of the world change. This is the reason why we think it is crucial to preserve maize diversity vor Ort (in the sites where maize varieties are currently being grown), not only in seed banks (seed banks are called ex situ or “outside of their site”).

  • Figur 3
  • Here you can see a map of the American continent showing where corn was domesticated (the Balsas river basin in Mexico). This figure also shows some of the corn landraces that are currently being grown across the continent. Note how different they are in size, shape, and color! Figure by Lucia Campos Peredo and Luis Fernando Sobrado/Zemperi.

We recently investigated what might happen to corn diversity in Mexico in the future, under different scenarios of climate change. We found that some landraces will thrive well if temperatures increase, but others may disappear [ 7 ]. Very importantly, we found that the more we preserve different types of corn landraces, we will be able to better adapt to climate change, reducing the negative impact on agricultural production (less yield per acre), as landraces will be more resistant to variable weather conditions than the commercial corn varieties that are currently being sown in many parts of the world.

Finally, it is also important to make sure that the traditional technologies with which corn has been cultivated for thousands of years are maintained. For example, in the Americas, since before 1492 A.C., maize has been cultivated using a system in which three different crops are grown together, usually beans, pumpkins, and corn are grown together on the same piece of land. This system is called Milpa in Latin America, or the three sisters in some parts of the USA. Different versions of the Milpa system are still used to grow these and other crops in Mexico and other countries in Central America. Even some of the so-called “weeds” that grow in the Milpa are tolerated and used for various traditional dishes (turns out that these weeds are both nutritious and delicious!) or used in traditional medicine. Die Milpa system makes a better use of critical resources for agriculture: soil, physical space, sun, and water. This system is nowadays considered to be a very good method that has fewer negative impacts on the environment than other types of food production methods. By contrast, large-scale industrial farming relies heavily on the use of pesticides, synthetic fertilizers, irrigation, and heavy machinery, which all have huge impacts on the environment. Also, industrial corn agriculture is based on using maize varieties that are very similar genetically and as such, tend to perform poorly under difficult conditions (drought, extreme weather, and insect pests). These varieties tend to displace landraces, sometimes leading to local or complete extinction of local landraces. In addition, some industrial farms use corn varieties that have been genetically modified (GM) in a lab. Genetic modification involves adding genes from other organisms into the corn plant, to help it grow better under certain conditions. These GM varieties can cross with local landraces, potentially damaging them and the farmers who have them. Thus, corn plants that are very similar genetically can be useful in some contexts, but not in others, especially when it comes to diversifying what we eat.


The Domestication of Maize

Twenty thousand years ago, not a single crop species existed in its current form. Almost* every bite of food you eat today is the result huge amounts of human artificial selection, both unconsciously and intentionally by farmers and plant breeders. Sometimes the obvious changes are minor, for example between wild and domesticated strawberries:

Wild strawberry (left) and domesticated strawberry (right)

Clearly one of the major traits early strawberry growers selected for was bigger fruits. Which makes sense since it takes about the same amount of time an effort to pick a strawberry either way, but if you’re picking the ones on the right you’ll have more pounds of fruit picked at the end of the day.

But even in this case, the similarity in form hides major changes at the genome left. Strawberries went through two whole genome duplications during domestication (looks like it’s more complicated than I made it sound see comments), so each of the cells in the strawberries on the right contain eight copies of each chromosome, while the strawberry on the left contains the more standard two copies of each chromosome.

On the other end of the spectrum is maize. Maize is like nothing else on this earth, and for the longest time, many botanists and agronomists were convinced it must have been domesticated from a wild species that had since gone extinct. In fact the wild ancestor, a species of teosinte, of maize is so closely related to corn they can still mate with each other, the key definition of a species.

Teosinte was initially disregarded as the ancestor of corn because the two plants look very different. I could show you this if I’d been able to find a public domain photo of teosinte (or taken a picture of some of the plants when I rotated in a lab that was growing them). As is, you’ll have to take my word for it. To my eye a corn plant (at least up until it flowers) looks more like sorghum than it does like teosinte. The ears of corn also bear little resemblance to the tiny row of seeds produced by the female flowers of teosinte. (For a comparison of the two, look at the picture on the left here.)

Anyway, long before the corn genome came out, the fact corn had been domesticated from teosinte had been established. Some really clever classical genetics** suggested that 5-6 major genetic changes were responsible for most of the obvious physical changes between teosinte and corn. The Doebley lab actually mapped at least two of those changes, teosinte branched 1 (TB1) and teosinte glum architecture (TGA1).

Teosinte branched1 was one of the first genes that got me really excited about maize genetics. In fact it was this specific paper, assigned to me by an awesome post doc who refused to let me work for him until I know what I was talking about. The teosinte branched1 gene is actually expressed more in domesticated corn than in corn’s teosinte ancestors the result of a mutation in front of the gene. The gene’s job is to turn off clusters of cells near the base of each leaf which otherwise would develop into whole new stalks. The result is obvious:

From left to right mutant teosinte branched1 corn (where the tb1 gene doesn't work properly), normal corn, and sorghum. Key point: notice how the teosinte branched1 mutant corn and sorghum plants both have many stalks, while most corn has a single big one. The photo of the tb1 plant comes from maizeGDB the other two are my own.

But domestication isn’t just about a few big physical changes, there are a bunch of traits that farmers and farming select for both intentionally and unintentionally. Everything from when a crop flowers to how it tastes is under constant selection. So while 5-6 major traits may explain a lot of the obvious changes, the story of corn’s domestication includes many more genes. The publication of the corn genome is making it easier to track down those other domestication genes. Ed Buckler’s group is already identifying many of them.

When a single form of a gene which creates some desirable trait and is selected for, it displaces all the other variations of that gene. A telltale sign of selection for a particular gene is that comparing the versions of the gene from different individuals shows fewer differences than expected. Ed Buckler’s group generated more than 32,000,000,000 bases (the equivalent of 13 whole maize genomes) from 27 maize lines around the world. They identified 148 regions that where very similar between all 27 lines, a glaring difference from the normally incredible genetic diversity of corn. Finding these new candidates for domestication genes (I’ll be fascinated to learn more about which genes are on that list) were made possible by three things:

  • The corn genome sequencing project
  • The current generation of massively parallel sequencing technologies that make generating 32 gigabases of sequence possible for less than millions of dollars
  • The hard work of people like Michael Gore and Jer-ming Chia the two lead authors on this paper.

*The single biggest exception is probably seafood. Also venison, and other wild game, and well as a few forms of wild berries and nuts.

**Classical genetics is the kind you can do without a sequenced genome or most of the modern molecular biology tools that make life so much easier for biologists of my generation. In this case, by mating corn and teosinte and looking at the ratios of traits in the grandchildren


National Science Foundation - Wo Entdeckungen beginnen

Indigenous farmers bred the plant for hardiness and better food quality


Cultivated corn was domesticated from teosinte more than 6,000 years ago.

May 27, 2005

This material is available primarily for archival purposes. Telephone numbers or other contact information may be out of date please see current contact information at media contacts.

Researchers have identified corn genes that were preferentially selected by Native Americans during the course of the plant's domestication from its grassy relative, teosinte, (pronounced "tA-O-'sin-tE") to the single-stalked, large-eared plant we know today. The study revealed that of the 59,000 total genes in the corn genome, approximately 1,200 were preferentially targeted for selection during its domestication.

The study, by University of California, Irvine's Brandon Gaut and his colleagues, appears in the May 27 issue of the journal, Wissenschaft.

Understandably, a primary goal of teosinte domestication was to improve the ear and its kernels. A teosinte ear is only 2 to 3 inches long with five to 12 kernels--compare that to corn's 12-inch ear that boasts 500 or more kernels! Teosinte kernels are also encased in a hard coating, allowing them to survive the digestive tracts of birds and grazing mammals for better dispersal in the wild. But, for humans, the tooth-cracking coating was undesirable so it was selectively reduced&hellipand reduced&hellipand reduced&hellipuntil all that remains is the annoying bit of paper-thin, translucent tissue that sometimes sticks between the teeth when one munches corn on the cob.

To analyze the genes of modern corn and its ancestral teosinte, Gaut and his coworkers used relatively new genomic techniques to determine the DNA sequence of 700 gene bits in the two plants and used "population genetics," the study of genetic variation, to compare them.

"These results will provide important insights to modern corn breeders in their quest to establish hardier, higher-yielding corn plants," said Gaut. "The scientific approach will also be useful in the study of other domesticated organisms, plants and animals alike."

This work generally confirms the idea that corn went through a "population bottleneck," or a period when a significant portion of corn&rsquos genetic diversity was lost, which typically marks a domestication event. Calculations using these data reveal that fewer than 3,500 teosinte plants may have contributed to the genetic diversity in modern corn.

Between 6,000 and 10,000 years ago, Native Americans living in what is now Mexico began domesticating teosinte, or the "grain of the gods," as the name has been interpreted to mean. Scientists cannot yet say how long this domestication process took, but they do know that around 4,500 years ago, a plant recognizable as today's corn was present across the Americas.

So, thousands of years before Gregor Mendel postulated his theories on genetics and heredity, indigenous Americans were breeding corn to select for desirable traits. By selectively breeding each generation, ancient farmers drastically changed teosinte's appearance, yield, grain quality and survivability&mdashculminating in today's "corn." In fact, teosinte is so unlike modern corn, 19 th century botanists did not even consider the two to be related.

"This is a very exciting finding," said Jane Silverthorne of the National Science Foundation's (NSF) biology directorate, which funded the project. "We are beginning to have a much clearer picture of what happened to the genes responsible for the structure of today&rsquos corn plant."

A broad understanding of the genes present in modern-day corn will provide a foundation for improving it as well as its cousin cereal crops. Target goals include yield increases, improved insect and pathogen resistance, enhanced environmental adaptability, and improved nutritional value. To that end, sequencing the entire genome of corn is also critical to improving the crop and its value in human subsistence.

According to the U.S. Department of Agriculture (USDA), nearly 12 billion bushels of corn were harvested in the United States in 2004, which will be used for a diverse array of products including livestock feed, ethanol and plastic consumer items, as well as food. The National Corn Growers Association reported that 2003 corn exports were valued at $4.5 billion.

Supported by NSF's Plant Genome Research Program, this collaborative project included Gaut and co-workers at the University of California, Irvine, together with scientists from the USDA-Agricultural Research Service, the University of Missouri and the University of Wisconsin. NSF is part of an interagency program along with the U.S. Department of Energy and the USDA that plans to support the sequencing of the corn genome over the next three years.


Ancient farmers drastically changed teosinte's yield, grain quality and hardiness.
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Media Contacts
Richard (Randy) Vines, NSF, (703) 292-7963, email: [email protected]

Program Contacts
Jane Silverthorne, NSF, (703) 292-8470, email: [email protected]

Principal Investigators
Brandon Gaut, University of California, Irvine, (949) 824-2564, email: [email protected]

The U.S. National Science Foundation propels the nation forward by advancing fundamental research in all fields of science and engineering. NSF supports research and people by providing facilities, instruments and funding to support their ingenuity and sustain the U.S. as a global leader in research and innovation. With a fiscal year 2021 budget of $8.5 billion, NSF funds reach all 50 states through grants to nearly 2,000 colleges, universities and institutions. Each year, NSF receives more than 40,000 competitive proposals and makes about 11,000 new awards. Those awards include support for cooperative research with industry, Arctic and Antarctic research and operations, and U.S. participation in international scientific efforts.


Ancient farmers drastically changed teosinte's yield, grain quality and hardiness.
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How to turn teosinte into corn? - Biologie

URBANA, Ill. – Corn didn’t start out as the powerhouse crop it is today. No, for most of the thousands of years it was undergoing domestication and improvement, corn grew humbly within the limits of what the environment and smallholder farmers could provide.

For its fertilizer needs, early corn made friends with nitrogen-fixing soil microbes by leaking an enticing sugary cocktail from its roots. The genetic recipe for this cocktail was handed down from parent to offspring to ensure just the right microbes came out to play.

But then the Green Revolution changed everything. Breeding tools improved dramatically, leading to faster-growing, higher-yielding hybrids than the world had ever seen. And synthetic fertilizer application became de rigueur.

That’s the moment corn left its old microbe friends behind, according to new research from the University of Illinois. And it hasn’t gone back.

“Increasing selection for aboveground traits, in a soil setting where we removed all reliance on microbial functions, degraded microbial sustainability traits. In other words, over the course of half a century, corn breeding altered its microbiome in unsustainable ways,” says Angela Kent, professor in the Department of Natural Resources and Environmental Sciences at the University of Illinois and co-author of a new study in the International Society of Microbial Ecology Journal.

Kent, along with co-authors Alonso Favela and Martin Bohn, found modern corn varieties recruit fewer “good” microbes – the ones that fix nitrogen in the soil and make it available for crops to take up – than earlier varieties. Instead, throughout the last several decades of crop improvement, corn has been increasingly recruiting “bad” microbes. These are the ones that help synthetic nitrogen fertilizers and other sources of nitrogen escape the soil, either as potent greenhouse gases or in water-soluble forms that eventually end up in the Gulf of Mexico and contribute to oxygen-starved “dead zones.”

“When I was first analyzing our results, I got a little disheartened,” says Favela, a doctoral student in the Program in Ecology, Evolution, and Conservation Biology at Illinois and first author on the study. “I was kind of sad we had such a huge effect on this plant and the whole ecosystem, and we had no idea we were even doing it. We disrupted the very root of the plant.”

To figure out how the corn microbiome has changed, Favela recreated the history of corn breeding from 1949 to 1986 by planting a chronological sequence of 20 off-patent maize lines in a greenhouse.

“We have access to expired patent-protected lines that were created during different time periods and environmental conditions. We used that understanding to travel back in time and look at how the associated microbiome was changing chronologically,” he says.

As a source of microbes, Favela inoculated the pots with soil from a local ag field that hadn’t been planted with corn or soybeans for at least two years. Once the plants were 36 days old, he sequenced the microbial DNA he collected from soil adhering to the roots.

“We characterized the microbiome and microbial functional genes related to transformations that occur in the nitrogen cycle: nitrogen fixation, nitrification, and denitrification,” he says. “We found more recently developed maize lines recruited fewer microbial groups capable of sustainable nitrogen provisioning and more microbes that contribute to nitrogen losses.”

Kent says breeding focused on aboveground traits, especially in a soil context flooded with synthetic nitrogen fertilizers, may have tweaked the sugary cocktail roots exude to attract microbes.

“Through that time period, breeders weren’t selecting for maintenance of microbial functions like nitrogen fixation and nitrogen mineralization because we had replaced all those functions with agronomic management. As we started selecting for aboveground features like yield and other traits, we were inadvertently selecting against microbial sustainability and even actively selecting for unsustainable microbiome features such as nitrification and denitrification,” she says.

Now that it’s clear something has changed, can breeders bring good microbes back in corn hybrids of the future?

Bohn, corn breeder and associate professor in the Department of Crop Sciences at Illinois, thinks it’s very possible to “rewild” the corn microbiome. For him, the answer lies in teosinte, a wild grass most people would have to squint pretty hard at to imagine as the parent of modern corn.

Like wild things everywhere, teosinte evolved in the rich context of an entire ecosystem, forming close relationships with other organisms, including soil microbes that made soil nutrients easier for the plant to access. Bohn thinks it should be possible to find teosinte genes responsible for creating the root cocktail that attracts nitrogen-fixing microbes. Then, it’s just a matter of introducing those genes into novel corn hybrids.

“I never thought we would go back to teosinte because it’s so far removed from what we want in our current agricultural landscape. But it may hold the key not only for encouraging these microbial associations it also may help corn withstand climate change and other stresses,” Bohn says. “We actually need to go back to teosinte and start investigating what we left behind so we can bring back these important functions.”

Bringing back the ability for corn to recruit its own nitrogen fixation system would allow producers to apply less nitrogen fertilizer, leading to less nitrogen loss from the system overall.

“Farmers don't always know how much nitrogen they will need, so, historically, they’ve dumped as much as possible onto the fields. If we bring these characteristics back into corn, it might be easier for them to start rethinking the way they manage nitrogen,” Bohn says.

Kent adds that a little change could go a long way.

“If we could reduce nitrogen losses by even 10% across the growing region of the Midwest, that would have huge consequences for the environmental conditions in the Gulf of Mexico,” she says.

The article, “Maize germplasm chronosequence shows crop breeding history impacts recruitment of the rhizosphere microbiome,” is published in the International Journal of Microbial Ecology Journal [https://doi.org/10.1038/s41396-021-00923-z].

The Department of Natural Resources and Environmental Sciences and the Department of Crop Sciences are in the College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences at the University of Illinois.


Schau das Video: Joopqase - Teosinte Tamales (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Zolohn

    Ich entschuldige mich, aber meiner Meinung nach haben Sie nicht recht. Ich kann es beweisen. Schreib mir per PN, wir reden.

  2. Mauricio

    Flacher Kunde nichts.

  3. Kigajind

    Ich glaube, Sie haben sich geirrt. Ich bin sicher. Wir müssen diskutieren.

  4. Huarwar

    Sie wurden mit einer hervorragenden Idee besucht

  5. Merewood

    Danke für den Rat, wie kann ich dir danken?

  6. Vick

    Ich gratuliere übrigens, dieser Gedanke kommt vor



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