Новое генетическое исследование помогает решить загадку Дарвина о древней эволюции цветковых растений
Эволюция и диверсификация более 300 000 ныне живущих видов цветковых растений могла получить "толчок" гораздо раньше, чем считалось ранее. Согласно исследованию, два крупных преобразования в геноме растений произошли сотни миллионов лет назад — почти на 200 миллионов лет раньше событий, описанных другими научными группами. Эти преобразования привели к появлению тысяч новых генов, которые могли способствовать эволюционному взрыву, приведшему к богатому разнообразию современных цветковых растений.
Исследование, предоставляющее новые генетические данные и более точную эволюционную шкалу времени, изменит представления биологов о родословных растений в целом и цветковых в частности. Результаты будут опубликованы на сайте журнала Nature 10 апреля 2011 года.
Геномный детектив и открытие
Учёные проанализировали девять ранее секвенированных геномов растений и миллионы новых последовательностей генов, собранных Ancestral Angiosperm Genome Project. Они обнаружили и датировали два случая особого типа мутации ДНК — полиплоидии.
- Полиплоидия — это приобретение, посредством мутации, "двойной дозы" генетического материала. У растений это часто приводит к выживанию и потенциальной пользе, в отличие от позвоночных, где дупликация генома обычно летальна.
- Со временем большинство дублированных генов теряется, но некоторые приобретают новые функции или разделяют задачи с исходными копиями, повышая эффективность и специализацию генома.
Новая хронология "больших взрывов"
Ранее самые ранние события полиплоидии у цветковых растений датировались примерно 125–150 миллионами лет назад. Новое исследование выявило как минимум два более древних события:
- У предка всех семенных растений — около 320 миллионов лет назад.
- В линии цветковых растений — около 192–210 миллионов лет назад (на до 200 миллионов лет раньше прежних оценок).
Эволюционные последствия
Эти события полиплоидии, вероятно, запустили "геномный ренессанс". Благодаря дупликации обширных участков ДНК цветковые растения смогли эволюционировать, развивая новые и улучшенные функции.
- Некоторые из новых генов стали жизненно важными элементами "генетического инструментария" для регуляции развития цветка.
- Без генов, созданных этими событиями полиплоидии, цветковых растений в их современном виде, вероятно, не существовало бы.
- Полиплоидия могла дать цветковым растениям эволюционное преимущество для выживания в суровых изменениях климата и даже массовых вымираниях, таких как Мел-палеогеновое вымирание (K-T событие) около 65,5 млн лет назад.
Решение "отвратительной тайны" Дарвина
Как отметил ведущий автор Клод деПамфилис, это исследование приближает науку к разгадке "отвратительной тайны" Чарльза Дарвина — быстрой диверсификации цветковых растений в палеонтологической летописи.
"Раньше мы говорили, что у большинства успешных видов цветковых растений есть генетические следы древней полиплоидии. Чем дальше мы отодвигаем дату этих событий, тем увереннее можем утверждать, что не большинство, а все цветковые растения являются результатом крупномасштабных дупликаций генома. Возможно, выявленные нами важные события полиплоидии были эквивалентом двух 'больших взрывов' для цветковых растений".