Глобальная команда учёных представила обширное ДНК-древо жизни растений на основе 1,8 млрд букв генетического кода
Международная команда из 279 учёных под руководством Королевских ботанических садов Кью (RBG Kew) опубликовала в журнале Nature самую современную на сегодняшний день реконструкцию эволюционного древа цветковых растений.
Это достижение основано на анализе 1,8 миллиарда букв генетического кода от более чем 9 500 видов, что охватывает почти 8 000 известных родов цветковых растений (около 60%). Исследование проливает новый свет на эволюционную историю цветковых растений и их путь к экологическому доминированию на Земле.
Авторы считают, что полученные данные помогут в будущих попытках идентифицировать новые виды, уточнить классификацию растений, обнаружить новые лекарственные соединения и сохранить растения перед лицом изменения климата и утраты биоразнообразия.
Этот крупный прорыв в науке о растениях, выполненный с участием 138 организаций по всему миру, основан на в 15 раз большем объёме данных, чем любые предыдущие аналогичные исследования. Среди видов, секвенированных для этого исследования, более 800 никогда ранее не подвергались секвенированию ДНК.
Обработка этого беспрецедентного массива данных на одном компьютере заняла бы 18 лет. Работа представляет собой огромный шаг к построению древа жизни для всех 330 000 известных видов цветковых растений в рамках масштабной Инициативы Кью по изучению Древа жизни.
Использование исторических гербарных образцов для передовых исследований
Подход команды позволил секвенировать широкий спектр растительного материала, старого и нового, даже при сильно повреждённой ДНК. Теперь можно генетически изучать сокровищницы засушенных растений в гербарных коллекциях мира, которые содержат почти 400 миллионов научных образцов.
Используя такие образцы, команда успешно секвенировала образец песчанки (Arenaria globiflora), собранный почти 200 лет назад в Непале, и смогла определить его место на древе жизни, несмотря на плохое качество ДНК.
Команда также проанализировала вымершие растения, такие как олива острова Гуадалупе (Hesperelaea palmeri), которую не видели живой с 1875 года. Согласно Красному списку МСОП, 511 из секвенированных видов уже находятся под угрозой исчезновения, включая три, подобные Hesperelaea, которые уже вымерли.
Из всех 9 506 секвенированных видов более 3 400 были получены из материала, предоставленного 163 гербариями в 48 странах.
Проливая свет на "отвратительную тайну" Дарвина
Цветковые растения составляют около 90% всей известной наземной растительной жизни. Они произошли более 140 миллионов лет назад, после чего быстро превзошли другие сосудистые растения.
Используя 200 ископаемых образцов, авторы привязали своё древо жизни к временной шкале. Они обнаружили, что ранние цветковые растения действительно испытали взрыв разнообразия, породив более 80% основных линий, существующих сегодня, вскоре после своего происхождения.
Затем эта тенденция снизилась до более стабильного уровня на следующие 100 миллионов лет, пока около 40 миллионов лет назад не произошёл новый всплеск диверсификации, совпавший с глобальным похолоданием.
По-настоящему глобальное сотрудничество
В исследовании приняли участие 279 авторов, представляющих 138 организаций в 27 странах.
Практическое применение древа жизни растений
Древо жизни и все лежащие в его основе данные были сделаны открытыми и бесплатными для публики и научного сообщества. Открытый доступ поможет учёным максимально использовать данные, например, комбинируя их с искусственным интеллектом для прогнозирования, какие виды растений могут содержать молекулы с лекарственным потенциалом.
Примечательные виды в древе жизни цветковых растений
- Вымерший вид: Hesperelaea palmeri (олива острова Гуадалупе). Секвенирован из гербарного образца 1875 года. Вымер из-за выпаса интродуцированных коз.
- Самый старый секвенированный образец: Arenaria globiflora (непальская песчанка). Секвенирован из гербарного образца, собранного в 1829 году.
- Разгадка тайны паразитического семейства: Pilostyles aethiopica. Ранее считалось, что он близок к тыквенным и бегониевым (Cucurbitales), но исследование поместило его в группу Malpighiales.
- Бамбук из экспедиции Гукера 1850-х годов: Cephalostachyum capitatum. Секвенирован из гербарного образца, собранного в Индии в 1850 году Джозефом Гукером.
- Лекарственное растение, секвенированное впервые: Alstonia spectabilis. Используется народом Тетун для лечения малярии. Его ДНК никогда ранее не секвенировали.