Wissenschaftler sequenzieren das älteste Pflanzengenom der Welt aus 6.000 Jahre alten Wassermelonensamen

In einem neuen Artikel, der in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Molekularbiologie und Evolutionhaben Wissenschaftler der Royal Botanic Gardens, Kew, und Partner in Großbritannien, Deutschland und den USA das älteste Pflanzengenom der Welt entschlüsselt, indem sie Wassermelonensamen aus der Jungsteinzeit verwendet haben, die an einer archäologischen Stätte in der Sahara in Libyen gesammelt wurden.

Die Studie kombinierte Aspekte der archäologischen Grundlagenforschung mit modernster Genomforschung, um ein neues Licht auf die Domestizierung der Wassermelone und den Verzehr der alten Verwandten der beliebten Frucht durch unsere Vorfahren zu werfen. Überraschenderweise deuten Beweise darauf hin, dass die neolithischen Libyer eine Vorliebe für die Samen der Wassermelone hatten – eine lokale Delikatesse, die noch heute konsumiert wird –, aber das bitter schmeckende Fruchtfleisch vermieden.

Es wird geschätzt, dass jedes Jahr weltweit mehr als 200 Millionen Tonnen der domestizierten Wassermelone (Citrullus lanatus) produziert werden, wobei die Ernte zu den Top 10 der wichtigsten in Zentralasien gehört. Es wird allgemein angenommen, dass die rotfleischige Frucht aus Afrika stammt, wo ein naher Verwandter (C. lanatus subsp. cordophanus) höchstwahrscheinlich zuerst im Niltal und im heutigen Nordsudan domestiziert wurde. Aber die Entdeckung vermeintlicher Wassermelonenkerne in den frühen 1990er Jahren an der neolithischen Stätte von Uan Muhuggiag in Libyen gab Wissenschaftlern weiterhin Rätsel auf.

Um die Reise der Wassermelone von der Wildpflanze zur Nutzpflanze besser zu verstehen, sammelten und analysierten die Forscher Dutzende Samen von Wassermelonen und Verwandten von Wassermelonen aus den Herbarium-Sammlungen von RBG Kew. Sie beschafften und untersuchten auch Samenfossilien aus Libyen und dem Sudan, die mit Radiokarbon (C-14) auf mehr als 6.000 bzw. 3.000 Jahre datiert wurden.

Dr. Susanne S. Renner von der Washington University in St. Louis, die zusammen mit Dr. Guillaume Chomicki von der Sheffield University die Studie leitete, sagte: „Die Samenmorphologie, insbesondere von alten Samen, war einfach unzureichend, um zuverlässig zu identifizieren, welche Arten diese neolithischen sind Siedler in Libyen benutzten.“

Die Wissenschaftler konnten das Rätsel lösen, als sie das Genom der Samen analysierten und lange Strecken über alle Chromosomen hinweg entdeckten – möglicherweise das älteste Genom, das jemals so detailliert von einer Pflanze aufgezeichnet wurde, deren Alter mithilfe von Radiokohlenstoff-Datierungsanalysen verifiziert wurde. Sie sequenzierten auch die Genome von Dutzenden von Wassermelonenexemplaren in Kews Herbarium-Sammlungen, von denen einige erstmals im frühen 19. Jahrhundert gesammelt wurden.

Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass die neolithischen Libyer eine bitter schmeckende Wassermelonenart gesammelt oder sogar angebaut haben, anstatt der süß schmeckenden Ernte von heute. Diese neue Erkenntnis stimmte mit Zahnspuren überein, die Dr. Philippa Ryan, eine Postdoktorandin in Kew und Mitautorin der Studie, auf einigen der ältesten im Sudan gesammelten Samen gefunden hatte.

Vor der Analyse des Genoms konnten die Forscher die libyschen Exemplare nicht von den anderen sieben bekannten Arten der Gattung Citrullus unterscheiden. Ihre molekularen Ergebnisse zeigen nun, dass die Samen von einem Verwandten der Wassermelone stammen, der als Egusi-Wassermelonen (Citrullus mucosospermus) aus Westafrika bekannt ist. Diese Früchte sind aufgrund der Chemikalie Cucurbitacin in ihrem Fruchtfleisch bitter und ungenießbar, wenn sie roh gegessen werden, und werden stattdessen wegen ihrer Samen geerntet, die in westafrikanischen Eintöpfen und Suppen verwendet werden und in Größe und Geschmack Kürbiskernen ähneln.

Ryan sagte: „Es ist eine große Überraschung, dass der libysche Samen statt einer alten Wassermelone ein ganz anderer domestizierter Citrullus war, während der sudanesische Samen aus der pharaonischen Zeit Kern-DNA sowohl von der bitteren Egusi als auch von der süßen Wassermelone hatte . Dies deutet darauf hin, dass zu einem späteren Zeitpunkt entlang des Niltals eine interessante Mischung domestizierter Citrullus-Sorten wegen ihrer Samen angebaut wurde – vermutlich zusammen mit der süßen Wassermelone.“

Durch ein besseres Verständnis des genetischen Aufbaus dieser alten Früchte hoffen die Forscher, ein klareres Bild der Domestizierung der Wassermelone zu zeichnen. Aber die Forschung hat auch weitreichendere und modernere Implikationen. Die Aufzeichnung des Austauschs von Genen über die Jahrtausende hinweg kann Wissenschaftlern dabei helfen, günstige genetische Merkmale zu lokalisieren, die die Widerstandsfähigkeit gegen Dürre, Krankheiten und Schädlinge stärken.

Dr. Oscar A. Perez Escobar, Forschungsleiter im Integrated Monography Team von Kew und Erstautor, sagte: „Es ist eine bemerkenswerte Leistung, durch ihre DNA so viel über das geheime vergangene Leben dieser alten Samen gelernt zu haben. Ohne diesen genetischen Code, der wir es geschafft haben, sehr detailliert zu erhalten, hätten wir nicht entdecken können, dass ein großer Teil der DNA dieser Samen auf Egusi-Kürbisse (C. mucospermus) und nicht auf süße Wassermelonen zurückzuführen ist.Eine weitere bemerkenswerte Offenbarung, die durch ihre DNA geliefert wird, ist, dass diese alten Samen der Egusi-Wassermelone hybridisierte und tauschte wahrscheinlich vor Tausenden von Jahren Gene mit süßen Wassermelonen aus, obwohl uns die Richtung eines solchen Genflusses noch unbekannt ist.

Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit Dr. Guillaume Chomicki von der Sheffield University und Professor Susanne S. Renner von der Washington University in St. Louis sowie der Forschungsgruppe Antonelli Lab, Experten für Evolutionsbiologie und Biogeographie, durchgeführt.

Perez Escobar sagte: „Unsere Studie ist ein großartiges Beispiel dafür, was Pflanzensammlungen, die Tausende von Jahren Evolutions- und Kulturgeschichte repräsentieren, tun können, wenn sie in multidisziplinärer Forschung verwendet werden. Die von uns generierten Datenressourcen und unsere Entdeckung der Beziehungen zwischen Egusi und süßen Wassermelonen seit Jahrtausenden bestanden haben und den Austausch von Genen über Generationen beinhalten, ist für Programme zur Verbesserung der Süßwassermelonenernte von Interesse, wenn bestimmte Gene gesucht werden, z. B. Krankheits- und Schädlingsresistenz.