Генетический механизм чередования полов у ореховых деревьев имеет параллели с определением пола у человека

Биологи из Калифорнийского университета в Дэвисе раскрыли генетическую основу чередования полов у ореховых деревьев. Исследование, опубликованное в Science, описывает механизм, который оставался стабильным у грецких орехов и их предков на протяжении 40 миллионов лет и имеет некоторые параллели с определением пола у человека и других животных.

Деревья семейства ореховых (Juglandaceae), включающего грецкий орех, гикори и пекан, разделяют мужские и женские цветки во времени. Отдельное дерево в течение сезона сначала производит цветки одного пола, а затем — другого. При этом деревья различаются по тому, какой пол зацветает первым. Особи стабильно являются либо «мужскими-первыми», либо «женскими-первыми», что отмечал ещё Чарльз Дарвин в 1877 году.

«Грецкие орехи и пеканы обладают временным диморфизмом: они чередуют мужское и женское цветение в течение сезона», — пояснил Джефф Гро, аспирант и первый автор статьи. Это явление наблюдается как у культурных, так и у диких видов, например, у северокалифорнийского чёрного ореха. В диких популяциях соотношение деревьев «мужскими-первыми» и «женскими-первыми» составляет почти 1:1.

Исследователи использовали данные селекционной программы университета и отслеживали цветение диких орехов на территории кампуса. Определив тип цветения для каждого дерева и секвенировав их геномы, они идентифицировали последовательности, связанные с этим признаком.

Один механизм, разные гены

У грецких орехов учёные обнаружили два варианта гена, связанных с порядком цветения. Этот ДНК-полиморфизм присутствует как минимум у девяти видов ореха и оставался стабильным почти 40 миллионов лет.

«Довольно нетипично сохранять вариацию так долго», — отметил Гро. В данном случае два типа цветения уравновешивают друг друга. Если один тип становится в популяции более распространённым, менее распространённый тип получает преимущество в спаривании, что возвращает систему к равновесию 50:50 и поддерживает генетическое разнообразие.

Пеканы также имеют сбалансированный генетический полиморфизм, определяющий порядок цветения, но он расположен в другой части генома, чем у грецких орехов. Этот полиморфизм у пекана, по-видимому, старше — ему более 50 миллионов лет.

Интригующе, что это похоже на работу половых хромосом у животных, где два структурных варианта (X и Y хромосомы у человека и других млекопитающих) также поддерживаются примерно в равновесии.

«Здесь явная параллель с распространённым способом определения пола», — заключил Гро.