Генетическое исследование коэволюции может помочь в производстве продуктов питания

Международная команда исследователей под руководством Университета Миссури и Стокгольмского университета использовала передовую геномику для анализа теории коэволюции, предложенной биологами Питером Рэйвеном и Полом Эрлихом в 1964 году. Учёные считают, что понимание механизмов коэволюции может дать генетические подсказки для создания более устойчивых растений и продуктов питания для растущего населения планеты.

Исследование показало, что генетической основой коэволюции между бабочками (белянками) и капустными растениями стало появление новых копий генов, а не простые мутации в цепях ДНК.

Химическая "гонка вооружений"

• Около 90 миллионов лет назад у общего предка брокколи, капусты и папайи развилась химическая защита — глюкозинолаты. Эти соединения, придающие остроту хрену и горчице, токсичны для большинства насекомых.
• В ответ белянки и их родственники эволюционировали способность к детоксикации глюкозинолатов вскоре после их появления у растений.
• Этот динамический процесс "действие-противодействие" повторялся на протяжении почти 80 миллионов лет.

Генетическое доказательство и результат

Сравнительный анализ эволюционных историй растений и бабочек с помощью геномики показал:

• Крупные усовершенствования химической защиты растений следовали за эволюцией контрмер у бабочек.
• Эта коэволюция привела к образованию большего числа новых видов в группах растений и бабочек, взаимодействующих через глюкозинолаты, по сравнению с теми, у кого таких взаимодействий не было.
• Ключевым механизмом оказались дупликации генов и целых геномов.

Перспективы применения

Понимание генетических основ этого процесса открывает возможности для создания более устойчивых к вредителям растений. Если удастся выяснить причины и механизмы появления этих копий генов, можно будет целенаправленно создавать сельскохозяйственные культуры, эффективно противостоящие коэволюционирующим с ними насекомым.

Исследование "The butterfly plant arms-race escalated by gene and genome duplications" опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).