Niedzielne fiszki: w poszukiwaniu pracytrusa

Pamiętacie, jak kiedyś z nudów zacząłem się zastanawiać, skąd się biorą krzywe banany? Niedawno znów wzięło mnie na owocowe rozmyślania. Tym razem o tym, który cytrus jest potomkiem którego i czy był jakiś pracytrus (nie pytajcie… po prostu lubię pomarańcze). Bo na pierwszy rzut oka wygląda to na całkiem obszerną listę osobnych gatunków – pomarańcze, cytryny, limonki, grejpfruty, mandarynki, każde w innym kolorze i kształcie. Otóż nie. Większość z nich to w gruncie rzeczy mieszańce, a cała ta lista sprowadza się do garstki „prawdziwych” gatunków wyjściowych. Zatem co było pierwsze: grejpfrut czy kur… znaczy cytryna?

Okazało się, że nie tylko mnie rodzą się w głowie tak fundamentalne pytania. Zespoły genetyków, które w 2015 i 2018 roku prześwietliły genomy kilkudziesięciu odmian cytrusów potwierdziły, że u źródła stoją zaledwie cztery gatunki: cytron, pomelo, mandarynka i mało znana mikrantha, dzika roślina z Filipin. Cała reszta to efekt krzyżówek, część naturalnych, część zaaranżowanych przez ludzi i to nawet tysiące lat temu. Pomarańcza słodka to hybryda pomelo i mandarynki. Cytryna powstała z cytronu i gorzkiej pomarańczy (a więc pośrednio też z pomelo i mandarynki). Limonka to skrzyżowanie cytronu z mikranthą. Grejpfrut, najmłodszy w tym gronie, to pomelo krzyżowane ponownie z pomarańczą słodką. Innymi słowy: kupując torbę cytrusów w warzywniaku, kupujemy w większości przypadków warianty tej samej, powtarzanej od pokoleń kombinacji czterech roślin.

Skąd w ogóle wiadomo, że to nie zgadywanka, tylko coś policzalnego? Naukowcy nie polegali na kształcie liścia czy smaku miąższu. Wzięli się za sekwencjonowanie całych genomów, najpierw w 2015 roku samych chloroplastów z 34 odmian, a trzy lata później pełnych genomów jądrowych z 60 odmian, w tym trzydziestu zsekwencjonowanych po raz pierwszy. Podstawowa sztuczka opiera się na jednej liczbie: każda komórka roślinna ma dwie kopie każdego chromosomu, jedną od matki, jedną od ojca. U gatunku „czystego”, niebędącego mieszańcem, obie kopie są do siebie bardzo podobne, bo od pokoleń pochodzą z tej samej, izolowanej puli genowej – różnice sięgają zaledwie 0,1-0,6% sekwencji. U hybrydy natomiast obie kopie pochodzą z dwóch różnych gatunków, więc różnią się od siebie znacznie bardziej, nawet do 2,4%. Ta jedna wartość, tak zwana heterozygotyczność (tekst o owocach musi zawierać trudne słowa), wystarczyła, żeby od razu odsiać cytron, pomelo i mandarynkę – najbardziej jednorodne genetycznie – od całej reszty podejrzanych.

Dalej zrobiło się tylko ciekawiej. Mając już genomy trzech „czystych” gatunków, naukowcy wyłowili z nich markery genetyczne unikalne dla każdego z nich, a potem prześledzili, jak te markery rozkładają się wzdłuż genomu każdej hybrydy. Efekt przypomina mapę pochodzenia – długie odcinki chromosomu pomarańczy dają się jednoznacznie przypisać raz do mandarynki, raz do pomelo, w proporcjach, które akurat u pomarańczy wychodzą mniej więcej pół na pół. Im więcej krótkich, poszatkowanych fragmentów jednego z rodziców w takiej mapie, tym więcej pokoleń krzyżówek i wstecznych krzyżowań stoi za daną odmianą. Dzięki temu ustalono na przykład, że typowa mandarynka ze sklepu wcale nie jest czystą mandarynką, tylko niesie w sobie niewielką domieszkę pomelo, wmieszaną w gatunek jeszcze przed jego udomowieniem.

Naukowcy wykorzystali ciekawą właściwość chloroplastów – organelli, które teoretycznie dziedziczy się wyłącznie po matce. U cytrusów okazało się jednak, że w wielu odmianach chloroplasty noszą ślad DNA obojga rodziców naraz, w proporcji mniej więcej dziewięć do jednego. Ten efekt, zwany heteroplazmią (kolejne słowo do zabłyśnięcia), pozwolił dosłownie namierzyć „ojca” danej hybrydy, bo skoro w chloroplastach cytryny widać śladowe DNA cytronu, a nie powinno go tam być wcale, to znaczy, że cytron był stroną ojcowską krzyżówki. Coś w rodzaju roślinnego testu na ojcostwo sprzed miliona lat. Naukowcy nie zaufali w tej kwestii wyłącznie nowoczesnemu sekwencjonowaniu – kilka takich miejsc zweryfikowali też starszą, mniej czułą metodą, i wyniki się zgodziły, co dodatkowo uwiarygodniło całą metodę.

Sama kolebka wszystkich czterech gatunków wyjściowych to nie żadna z krain od razu kojarzonych z cytrusami, tylko podgórski pas między północno-wschodnimi Indiami, północną Birmą i zachodnim Yunnanem w Chinach. Genomika datuje to wydarzenie na późny miocen, jakieś 8 milionów lat temu, i wiąże je z gwałtownym osłabieniem monsunów w tamtym regionie. Zmiana klimatu z wilgotnego na suchszy najwyraźniej wywołała falę szybkiej specjacji, nie tylko zresztą u roślin. Ciekawostką jest to, że nie jest to czysto teoretyczna rekonstrukcja: w Yunnanie znaleziono kopalny liść cytrusa sprzed ośmiu milionów lat, który potwierdza istnienie wspólnego przodka dokładnie w tym miejscu i czasie.

Druga fala ewolucji poszła w zupełnie inną stronę – część cytrusów przekroczyła linię Wallace’a, biogeograficzną barierę oddzielającą Azję od Australii, i jakieś 4 miliony lat temu zaczęła kolonizować Australię, dając początek lokalnym, twardym gatunkom w rodzaju limonki pustynnej czy palczastej. Do dziś rosną tam dziko, zupełnie niezależnie od reszty rodziny.

Jest tu jeszcze jeden smaczek, który wychodzi poza samą genetykę: jedna z badanych odmian mandarynki (Sun Chu Sha Kat) prawdopodobnie odpowiada opisowi z chińskiego traktatu botanicznego „Chü Lu” z 1178 roku, który z kolei wspomina o cytrusach uprawianych już za panowania legendarnego cesarza Ta Yu, około 2200 lat przed naszą erą. Czyli genomika i ośmiowieczny chiński traktat o pomarańczach zgadzają się co do jednej i tej samej odmiany.

Więc na pytanie „który cytrus był pierwszy” nie ma jednej owocowej odpowiedzi. Mamy za to konkretne miejsce i moment oraz gatunki, które przez kolejne lata mieszały się ze sobą tak długo, aż z czterech roślin zrobiła się cała siatka w warzywniaku i w trakcie owocowych czwartków.

Zainteresowanych tematem odsyłam do dwóch artykułów:

https://www.nature.com/articles/nature25447

https://academic.oup.com/mbe/article/32/8/2015/2925553

3

0