Расшифровка ДНК прояснила родственные связи цветковых растений

Исследователи из Университета Флориды прояснили эволюционные истоки цветковых растений — от гороха до дубов.

Исследование, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает 100 миллионов лет эволюции на основе масштабного анализа геномов растений. Оно фокусируется на одном из ключевых моментов в эволюции растений, когда предки большинства современных цветковых разделились на две крупные группы.

Вместе эти две группы составляют почти 70% всех цветковых растений и входят в более крупный клад Pentapetalae (пятилепестковые). Понимание их родственных связей — масштабная задача, которая может помочь экологам определить виды, наиболее уязвимые к таким факторам, как изменение климата.

Вскоре после разделения группы одновременно пережили быстрый всплеск видообразования, длившийся 5 миллионов лет. Это исследование показывает, как связаны эти виды, и проливает свет на появление цветковых растений — эволюционный феномен, который Чарльз Дарвин называл «отвратительной тайной».

«Это и другие исследования показывают, что эволюция цветковых растений представляла собой слой за слоем вспышки видообразования», — сказал соавтор работы Даг Солтис, выдающийся профессор биологии УФ. «Теперь всё складывается в две большие группы».

Pentapetalae обладает огромным разнообразием и включает почти все цветковые растения. Его две основные группы, суперрозиды и суперастериды, разделились от 111 до 98 миллионов лет назад и сейчас насчитывают более 200 000 видов. Суперрозиды включают такие известные растения, как гибискус, дубы, хлопок и розы. Суперастериды включают мяту, азалии, кизил и подсолнухи.

Более ранние исследования, ограниченные технологиями и включавшие только 4–5 генов, лишь намекали на результаты новой работы, но не имели статистической поддержки, отметила соавтор Пэм Солтис, куратор молекулярной систематики и эволюционной генетики Музея естественной истории Флориды.

Новое исследование в Музее естественной истории Флориды проанализировало 86 полных последовательностей пластидных геномов широкого спектра видов растений. Пластиды — это компоненты растительной клетки, ответственные за фотосинтез.

Предыдущие генетические анализы Pentapetalae не смогли распутать родственные связи между современными видами, что указывало на их быстрое расхождение в течение 5 миллионов лет. Исследователи отбирали геномы для секвенирования, основываясь на наилучших предположениях о генетических связях из предыдущих работ.

Секвенирование геномов растений занимает больше времени, чем животных, поскольку ДНК пластид примерно в 10 раз больше митохондриальной ДНК, используемой для изучения геномов животных. Однако постоянное совершенствование технологий секвенирования ДНК теперь позволяет быстрее анализировать большие объёмы данных.

Исследование создаёт важную основу для дальнейшего изучения эволюционных связей, предоставляя более чёткую картину глубокого расхождения, которое привело к разделению внутри цветковых растений и последующему видообразованию в двух отдельных ветвях.

В конечном итоге исследователи надеются сопоставить эти эволюционные всплески с геологическими и климатическими событиями в истории Земли. «Думаю, мы приближаемся к точке, где датированное дерево позволит нам начать изучать, что происходило в некоторые из этих временных промежутков», — сказала Пэм Солтис.