Раскрыты скрытые механизмы самонесовместимости у гермафродитных растений
Новое исследование представляет эволюционно-биофизическую модель, проливающую свет на эволюцию коллаборативного распознавания "не-себя" (CNR) — генетического механизма у растений, предотвращающего самооплодотворение и способствующего перекрёстному опылению. Инновационная модель вводит промискуитетные молекулярные взаимодействия как ключевой элемент, улучшая понимание генетического разнообразия и эволюции у гермафродитных растений.
Исследование под руководством доктора Тамар Фридландер и её команды из Института наук о растениях и генетики в сельском хозяйстве им. Роберта Х. Смита Еврейского университета, в сотрудничестве с профессором Охадом Фельдхаймом из Института математики им. Эйнштейна, разработало модель, объясняющую эволюцию CNR самонесовместимости.
Самонесовместимость (SI) — широко распространённый биологический механизм у растений с мужскими и женскими репродуктивными органами. При этом механизме оплодотворение зависит от специфического распознавания между высокоразнообразными белками: РНКазой (женский детерминант) и SLF (мужской детерминант). Их взаимодействие гарантирует, что растения совместимы только с "не-собственными" партнёрами, поддерживая разнообразный генофонд.
Новая модель представляет значительный прогресс в понимании эволюционной динамики белков SI. Допуская промискуитетные взаимодействия (где взаимодействия с незнакомыми партнёрами вероятны) и возможность множества различных партнёров для одного белка, модель лучше соответствует эмпирическим данным, чем предыдущие модели, предполагавшие только взаимодействия "один-к-одному".
"Наше исследование показывает, что способность белков вступать в промискуитетные взаимодействия критически важна для долгосрочного эволюционного поддержания систем самонесовместимости", — пояснила доктор Фридландер. — "Мы предполагаем, что состоянием по умолчанию для этой системы является то, что распознавание вероятно, и для его избегания требуется эволюционное давление, в отличие от предыдущих представлений".
Эта гибкость не только помогает поддерживать генетическое разнообразие, но и предполагает, что схожие механизмы могут действовать в других биологических системах.
Исследование также показывает, как популяции таких растений спонтанно организуются в различные классы совместимости, обеспечивая полную совместимость между разными классами при сохранении несовместимости внутри одного класса.
Модель предсказывает различные эволюционные пути, которые могут привести к формированию или устранению этих классов совместимости исключительно за счёт точечных мутаций. Динамический баланс между возникновением и распадом этих классов, обеспечивающий устойчивую модель эволюции, был проанализирован исследователями с использованием смеси эмпирических и теоретических инструментов, заимствованных из области статистической механики в физике.
"Эти идеи имеют глубокие последствия не только для биологии растений, но и для понимания фундаментальных принципов молекулярного распознавания и его влияния на эволюцию биологических сетей", — добавила доктор Фридландер. — "Наши выводы также могут помочь в сохранении биоразнообразия растений".
Это исследование, подчёркивающее роль промискуитетных и мультипартнёрских молекулярных взаимодействий, вероятно, стимулирует их поиск в других биологических системах и поможет объяснить эволюцию различных сложных молекулярных сетей.