Evolutionary dynamics of vegetative agriculture in the Ethiopian Highlands: integrating archaeobotanical and genomic science

埃塞俄比亚高地植物农业的进化动力学:考古植物学和基因组科学的结合

基本信息

  • 批准号:
    NE/W005689/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 81.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Almost half of food plants are vegetatively propagated including four of the ten most economically important species worldwide. Yet we know very little about vegetative crop history - for example, how long they have been cultivated, and where - because vegetative tissues rarely preserve in the archaeological record. In this project we will develop new methods combining phytoliths (silica microfossils that exist inside most plant cells) with macro-botanical archaeological methods, as well integrating ethnohistoric, genomic and biogeographical information to reveal the evolutionary history of vegetative agriculture in Ethiopia. Ethiopia is potentially Africa's most important center of crop diversity, characterised by both the evolution and domestication of multiple vegetative species. We will specifically focus on the major food security crop enset, or "Ethiopian false banana" (Ensete ventricosum), a tree-like perennial banana relative. Enset supports some of the densest populations in sub-Saharan Africa and is the staple for 20 million people. It is cultivated over a wide elevational range and ecological gradients, exists at very high biomass densities and has a deep cultural association with multiple ethnic groups. As such enset offers an ideal model for studying long-term adaptation, diversification and interaction with culture. Our major objective is to test whether vegetative landrace patterning (i.e. the distribution of enset crop diversity) is primarily evolved through: i) Environmental adaptation - meaning that crop diversity is generated through adaptation to environmental diversity such as cooler and drier locations; ii) Cultural mechanisms - for example management traditions and variety preferences such as taste, or;iii) The antiquity of exploitation - in other words, enset could be most diverse where it has been cultivated the longest. Long-term evidence for enset in agriculture will come from key archaeological sequences, already collected across a series of sites in the Ethiopian Highlands, and being processed by partners in Ethiopia, USA and Germany. But we must refine the methods to interpret these remains by undertaking a comparative study of phytoliths considered against phylogenetic position and potential plasticity due to growth environment. We will complement this with analysis of charred food remains recovered from macrobotanical assemblages using methods developed at UCL. At Royal Botanic Gardens Kew, we will develop additional lines of evidence using herbarium collections, 50-200 years old, to build a dated phylogenetic tree using DNA data from ~ 900 contemporary landraces. These data will provide new hypotheses to explore archaeologically in terms of the cultural and adaptational history of this crop.Finally, ethnobotanical fieldwork will document present-day diversity across different cultural regions in the southwestern highlands and the extent to which agricultural and cultural changes in recent decades have altered patterns of local landrace diversity. Accounting for these changes will help us distinguish the influence of introduced crops and the agricultural revolution from long term historical patterns. This research addresses key issues at the interface of indigenous agrobiodiversity and its role in future resilience to climate change, through better understanding rates of knowledge and landrace loss, as well as drivers of change. The project will create a better understanding of both the past development and future potential of vegeculture from a global perspective. Vegetative species are amongst the least studied 'orphan crops', with major knowledge gaps about their biology, cultivation, processing and domestication. The project will specifically contribute to debates concerning food security and climate change resilience in the Ethiopian highland centre of diversity.
几乎一半的食用植物是无性繁殖的,包括世界上十个最重要的经济物种中的四个。然而,我们对营养作物的历史知之甚少--例如,它们种植了多久,在哪里种植--因为营养组织很少能在考古记录中保存下来。在这个项目中,我们将开发新的方法,将植硅体(存在于大多数植物细胞内的硅微化石)与宏观植物考古方法相结合,并整合民族历史,基因组和地理信息,以揭示埃塞俄比亚营养农业的进化历史。埃塞俄比亚可能是非洲最重要的作物多样性中心,其特征是多种植物物种的进化和驯化。我们将特别关注主要粮食安全作物enset,即“埃塞俄比亚假香蕉”(Ensete ventricosum),这是一种类似树木的多年生香蕉亲戚。Enset支持撒哈拉以南非洲的一些丹麦人口,是2000万人的主食。它种植在广泛的海拔范围和生态梯度,存在于非常高的生物量密度,并与多个民族有着深厚的文化联系。因此,enset为研究长期适应、多样化和与文化的互动提供了一个理想的模型。我们的主要目标是测试植物生长的地方品种模式是否(即,嵌入作物多样性的分布)主要通过以下方式演变:(一)环境适应-这意味着作物多样性是通过适应环境多样性而产生的,如较冷和较干燥的地区;(二)文化机制-例如管理传统和品种偏好,如口味,或;(3)开采的古老性--换句话说,在种植时间最长的地方,镶嵌可能是最多样化的。农业中的长期证据将来自关键的考古序列,这些序列已经在埃塞俄比亚高地的一系列遗址中收集,并正在由埃塞俄比亚,美国和德国的合作伙伴进行处理。但是,我们必须完善的方法来解释这些仍然进行比较研究的植硅体考虑对系统发育的位置和潜在的可塑性,由于生长环境。我们将补充这一点与烧焦的食物仍然使用在伦敦大学学院开发的方法从大型植物组合回收的分析。在皇家植物园基尤,我们将使用50-200年历史的植物标本收集来开发额外的证据,使用来自约900个当代地方品种的DNA数据来建立一个过时的系统发育树。这些数据将提供新的假设,以考古学的文化和适应历史的这种crous.Finally,民族植物学的田野调查将记录现今的多样性在不同的文化地区在西南部高地和农业和文化的变化在多大程度上改变了当地的地方品种多样性的模式。对这些变化的解释将有助于我们将引进作物和农业革命的影响与长期的历史模式区分开来。这项研究通过更好地了解知识和地方品种损失率以及变化的驱动因素,解决土著农业生物多样性及其在未来应对气候变化方面的作用的关键问题。该项目将从全球角度更好地了解蔬菜栽培的过去发展和未来潜力。营养物种是研究最少的“孤儿作物”之一,在其生物学,种植,加工和驯化方面存在重大知识空白。该项目将特别促进关于埃塞俄比亚高原多样性中心的粮食安全和气候变化复原力的辩论。

项目成果

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