Die Herkunft und die wahre Abstammung von aromatischem Reis zu finden, ist wild

Reis ist eine der wichtigsten Kulturen der Welt. Jeden Tag ernährt es Milliarden Menschen auf jedem Kontinent unserer Erde (unter der Annahme, dass es in die Antarktis gebracht wurde, um hungrige Forscher oder Forscher mit Heimweh zu ernähren). Vor kurzem kam eine Gruppe von Forschern aus einer Vielzahl von Institutionen in Frankreich, Indien, Pakistan und dem Vereinigten Königreich zusammen, um mehr über ihre Geschichte und Herkunft zu erfahren. Insbesondere veröffentlichten sie einen Artikel mit dem Titel „Die Herkunft der aromatischen Gruppe von Reisreis (Oryza sativa L.), der auf den indischen Subkontinent zurückverfolgt wurde“, als Vorwand, um in die Evolutionsgeschichte einer weniger bekannten Linie einzutauchen.

In diesem Artikel über den Ursprung von aromatischem Reis wird viel über die verschiedenen Reissorten, die wir für Lebensmittel anbauen, und über die wichtigsten Untergruppen, in die sie fallen, berichtet. In diesem Papier werden sechs große Gruppen beschrieben. Die erste ist die Indica-Untergruppe. Indica, auch bekannt als Hsien, zeichnet sich durch lange Körner und einen hohen Amylosegehalt aus. Hohe Amylosegehalte verhindern normalerweise, dass einzelne Körner aneinander haften. Die zweite und dritte sind die zwei Arten von Japonica-Reis, der zwischen gemäßigten und tropischen Linien aufgeteilt wird. Temperierte Japonica-Sorten zeichnen sich durch ihre Kälteverträglichkeit aus. Japonica-Reissorten, die von den alten Chinesen Keng genannt werden, unterscheiden sich durch kürzere Körner und geringen Amylosegehalt, wodurch die Körner aneinander haften. Indica- und Japonica-Getreidesorten werden seit fast 2.000 Jahren nach ihrer Entstehung aus Ost- und Südostasien verwendet.

Der vierte ist aus Reis bekannt. Aus Reis entstand auf dem indischen Subkontinent in den Ausläufern des Himalayas. Das fünfte erwähnte Thema ist das Hauptthema dieser Arbeit, die Gruppe der aromatischen Reis, die oft uneinheitlich beschrieben und in der Literatur als "Basmati" oder "Zirkum-Basmati" bezeichnet wird. Um die Übereinstimmung mit dem gerade gelesenen Papier zu wahren, halte ich mich an die Nomenklatur, die es als aromatisch bezeichnet. Die sechste und letzte Reisart, die erwähnt wird, sind die Arten und Sorten von wildem und einheimischem Reis, die auf dem indischen Subkontinent natürlich wachsen.

Was macht aromatischen Reis so besonders? Nun, aromatischer Reis ist ein fester Bestandteil für Millionen von Menschen auf der ganzen Welt. Es ist besonders wichtig in den Ländern des indischen Subkontinents wie Bangladesch, Indien und Pakistan. Aromatischer Reis wurde sogar in einem Sanskrit-Text dokumentiert, den Susruta Samhita 400 v. Chr. Datiert hatte (Singh, 2000).

Abbildung aus (Singh, 2000), die das Diversitätszentrum für aromatischen Reis zeigt.

Trotz seiner Bedeutung als Grundnahrungsmittel wurde aromatischem Reis im wissenschaftlichen Sinn bis vor kurzem viel Aufmerksamkeit gewidmet. Alle Anzeichen deuten auf ein hohes Maß an genetischer Verwandtschaft zwischen ihm und Japonica hin. Aus einer Reihe von Gründen gibt es nichts davon, weshalb sich die Autoren von „The origin of the aromatic group…“ dafür entschieden haben, zusammenzuarbeiten, um herauszufinden, was wirklich vor sich ging, und das Thema auf den Punkt bringen.

Grundsätzlich gibt es eine breite Trennung der Bevölkerung. In dem Hauptartikel, in dem dieses Dokument kommentiert, wird es von den Autoren als "geographische Verteilungsdiskrepanz" bezeichnet. Wie ich bereits erwähnt habe, ist die Abstammung von Japonica fest in Ost- und Südostasien verwurzelt, nicht im Himalaya, wo aromatischer Reis herkommt. Um die Dinge noch weiter zu verwirren, deuten die Muster der aromatischen Sorten auf eine Zugehörigkeit zur aus-Gruppe hin.

Okay, es gibt ein Problem bei der Identifizierung der genomischen und evolutionären Vergangenheit eines wichtigen Getreides. Wenn geografisch nicht klar ist, was macht aromatischen Reis genetisch anders?

Interessanterweise haben nicht alle aromatischen Reissorten tatsächlich ein Aroma. Nur etwa 40% haben die Fähigkeit, ein Aroma zu erzeugen, während den anderen 60% die Mutation fehlt, die einem Reiskorn seinen schönen Duft verleiht. Diese Mutation ist ziemlich einfach und wurde bereits dokumentiert (Chen et al. 2008b; Bradbury et al. 2008). Es heißt BADH2-Proteinmangel und wird durch eine Deletion von 8 Basenpaaren verursacht. Diese Deletion von 8 Basenpaaren setzt ein Stop-Codon vorzeitig in das 7. Exon von BADH2. Diese Wissenschaftler hatten also eine Vorstellung davon, nach welchen Genen sie Ausschau halten würden. Und so begannen sie mit der Suche.

Zunächst erhielten die Forscher sowohl kultivierte als auch uralte Wildreisgenome aus der European Nucleotide Archive Database. Mit TOGGLE und anderer Software, die sich auf das Lesen von DNA-Genomen spezialisiert hatte, sortierten sie Alignments und zentrierten lokale Alignments um Indels in der DNA. Sobald dies geschehen war, verwendeten sie die Daten, um alles, was größer als eine Standardabweichung war, von den Gruppenmedianen zu entfernen, wobei nur „typische“ Mitglieder jeder Gruppe behilflich waren (Indica-Gruppe, gemäßigte Japonica, tropische Japonica usw.). Durch diesen Prozess wurden schließlich alle polymorphen Punkte mit mindestens einem nicht fehlenden Punkt extrahiert. Dies ergab schließlich eine Datei mit ~ 2,4 Millionen Positionen, die für 595 bzw. 461 kultivierte und wilde Einzelnukleotidpolymorphismen bewertet wurden. Ihr Prozess ist in Abbildung 1 dargestellt.

Von dort wurden die einzigen größeren Allele, die nicht in Japonica vorhanden sind, für weitere Studien in Betracht gezogen. Wenn weniger als 50% einer Gruppe das Allel hatten und mehr als 1% der Japonica-Gruppen es hatten, wurde es ausgeworfen. Dann wurden genomische Zentren der wichtigsten Allele in eine Kalkulationstabelle eingefügt. Ein Blick auf die Tabelle führte zu einer interessanten Entdeckung: Wildreis hatte eine viel höhere Mutationsrate und Variation

Warum? Indels.

Bei Wildreissorten hatten 32–97% der Proben Indels, während Kultursorten mit einer Spanne von 7–54% weitaus weniger waren. Infolgedessen war die Allelfixierung in domestiziertem Reis signifikant. 42% der Allele im Hausreis (11% mehr als bei Wildreis) näherten sich der Fixierung. Diese Entdeckung war für die Erreichung der Ziele des Projekts wichtig, da sie die fünf zuvor genannten domestizierten Reisgruppen statistisch stärkte und zu den in Abbildung 2 gezeigten Clustern führte.

Von da an konnten die Forscher die Gruppen etwas besser definieren. Mit der Isolierung dieser Populationen gingen sie weise den Weg der Untersuchung der Bevölkerungsstrukturen, um die Herkunft aromatischen Reises weiter zu isolieren. Die Untersuchung eines Netzwerks aller Reis-DNA-Proben war anfangs schwierig, aber sobald Wildreisproben entnommen wurden, wurden das Netzwerk und die Annahmen viel klarer definierte Gruppen (siehe Abbildung 2)

Mit dieser Offenbarung fingen die Dinge an, sich zusammenzusetzen. Die Daten zeigten eine wesentliche Gemeinsamkeit zwischen aromatischem Reis und seinen nicht-japonica-Cousins. 55,4% der Allele wurden zwischen Aromaten und Indica und 63% mit Aromaten und Aus geteilt. Wildreissorten wurden erneut angewendet und verglichen, und zwischen Wildreis und aromatischem Reis wurde eine satte Ähnlichkeit von 86,8% festgestellt. Diese Zusammenhänge sind in Abbildung 3 dargestellt.

Aber sie hörten dort nicht auf. Sie suchten nach Vorfahren mit Chloroplasten-Haplotyp-DNA. Wie die Mitochondrien in unseren eigenen Zellen sind Chloroplasten ein Produkt der Endosymbiose und besitzen eine eigene DNA, die von der Nuclear-DNA getrennt ist.

Jedenfalls entdeckten die Forscher, dass 82,4% der aromatischen Sorten Haplotypen namens A04 oder A09 gemeinsam hatten. Diese Haplotypen wurden in Japonica nicht gefunden, kaum in Indica (0,6%), manchmal in Aus (6,5%) und in Wildreis (12%). Diese Haplotypen sind in Abbildung 4 dargestellt.

Dieses Ergebnis weist auf die Mängel früherer Studien und die Ungenauigkeit früherer Methoden hin. In den 80er Jahren wurde angenommen, dass die aromatische Gruppe aufgrund ihrer überlappenden geographischen Standorte stärker mit Indica-Sorten verwandt war (Morishima und Oka, 1981). Spätere Studien assoziierten aromatischen Reis mit Japonica, aber ihre Stichprobenmetrik war viel enger und führte zu präzisen, aber ungenauen Informationen (Choi et al. 2018). Aufgrund der größeren Reichweite dieser neuen Studie ist es wahrscheinlicher, dass sie der Wahrheit der Sache näher kommt.

Eine Phylogenie, die Morishima und Oka in den späten 90ern gebaut haben.

Und nun zu der mit Spannung erwarteten Schlussfolgerung: