Растения могут адаптироваться к изменению климата через геномные изменения
Новое исследование показывает, что растения, в отличие от животных, могут адаптироваться к изменению климата не за счёт миграции, а через генетическую перестройку. Учёные из Университета Брауна обнаружили, что у модельного растения Arabidopsis thaliana генетические признаки, определяющие его приспособленность (способность выживать и размножаться), сильно различаются в зависимости от климата региона.
Ключевые результаты исследования
- Генетическая основа приспособленности локальна. Исследование, опубликованное в Science, показало, что однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), ассоциированные с высокой приспособленностью растения в одном регионе (например, в Финляндии), отличаются от SNP, важных для выживания в другом (например, в Испании).
- Климат — главный фактор отбора. Распределение благоприятных аллелей (вариантов генов) по географическому ареалу объясняется климатическими переменными. Например, аллель гена устойчивости к водному стрессу SAG21 был распространён в популяциях Испании, но редок в Финляндии, где растения с этим аллелем показывали низкую приспособленность.
- "Домашнее преимущество" на геномном уровне. В каждом регионе аллели, связанные с высокой приспособленностью, были локально распространены, что демонстрирует адаптацию к местным условиям.
- Геном обладает гибкостью. По словам авторов, это означает, что адаптация к одному климату не всегда ведёт к плохой приспособленности в другом, и геном Arabidopsis может содержать эволюционную гибкость для ответа на изменение климата.
Методология
Учёные провели масштабный полевой эксперимент, высадив более 75 000 растений Arabidopsis thaliana с разным генетическим происхождением (от холодной Финляндии до тёплой Испании) на четырёх участках в Европе: Валенсия (Испания), Халле (Германия), Норидж (Великобритания) и Оулу (Финляндия). Это позволило сравнить успех местных и "чужих" генетических линий. Для поиска генетических основ адаптации было проведено полногеномное ассоциативное исследование с использованием более 213 000 SNP.
Параллельное исследование
В том же выпуске Science опубликовано исследование под руководством Джой Бергельсон из Чикагского университета, которое также выявило генетические локусы, связанные с адаптацией A. thaliana к климату. Учёные обнаружили, что среди этих генов чаще встречаются гены, вовлечённые в процессы фотосинтеза и энергетического метаболизма. Многие из этих локусов эволюционировали через селективные скопы — быстрое распространение полезной мутации в популяции. Однако такой механизм может быть неэффективен при быстрых климатических изменениях, что указывает на возможные пределы скорости адаптации растений.
Финансирование: Национальный научный фонд (NSF) и Фонд Александра фон Гумбольдта.