Крупнейшее исследование раскрывает эволюцию и разнообразие семейства бобовых
Наиболее полное филогенетическое исследование семейства бобовых (Leguminosae), включающего фасоль, сою, арахис и другие важные сельскохозяйственные культуры, выявило историю событий полногеномных дупликаций. Оно также помогло понять эволюцию генов, участвующих в фиксации азота — ключевой черте, вероятно, сыгравшей важную роль в эволюционном распространении и диверсификации бобовых и критически важной для их использования в качестве «зелёного удобрения».
Для реконструкции филогенетического дерева исследователи сравнили последовательности ДНК более 1500 генов от 463 различных видов бобовых, включая 391 вновь секвенированный вид, охватывающих всё разнообразие этого крупного семейства растений.
Масштаб и значение исследования
- Разнообразие: Бобовые — третье по величине семейство цветковых растений, включающее виды от крошечных трав до гигантских деревьев.
- Практическая ценность: Они являются важными пищевыми культурами, источником древесины и обладают способностью к фиксации азота благодаря симбиозу с почвенными бактериями (ризобиями), что делает их ценным «зелёным удобрением».
- Объём выборки: Исследование охватило 333 рода из 765 существующих. Для построения дерева анализировались последовательности генов из транскриптомов (экспрессируемой части генома) и нескольких полных геномов.
Ключевые результаты
- События дупликации: В истории семейства выявлены убедительные свидетельства 28 отдельных событий полногеномной дупликации. Одно из таких событий, вероятно, произошло у общего предка всех бобовых.
- Эволюция фиксации азота: Данные подтверждают гипотезу, что способность к нодуляции (образованию клубеньков) и фиксации азота возникла однократно на ранних этапах эволюции бобовых и родственных азотфиксирующих растений.
- Роль дупликации: Полногеномная дупликация у истоков семейства могла быть ключевым фактором для эволюции этого процесса. Исследователи также проследили потерю соответствующих генов у видов, не способных к нодуляции, и эволюционные изменения в генах, отвечающих за это свойство.
Исследование, опубликованное в мае 2021 года в журнале Molecular Plant, не только проясняет эволюцию бобовых, но и помогает уточнить родственные связи между культурными растениями и их дикими сородичами, что может быть полезно для поиска ценных признаков, таких как устойчивость к болезням или стрессам.