Как цветы гибискуса потеряли свои «бычьи глаза»

Новое исследование раскрывает, как повторяющиеся генетические изменения у цветов гибискуса привели к утрате визуально ярких узоров в виде «бычьего глаза», несмотря на их преимущество в привлечении опылителей, таких как шмели.

Учёные из Лаборатории Сэйнсбери Кембриджского университета обнаружили, что виды гибискусов с крупными узорами «бычий глаз» на лепестках значительно привлекательнее для шмелей. Однако, что интригует, многие виды в процессе эволюции уменьшили или даже полностью утратили эти узоры.

Исследование раскрывает генетические механизмы, лежащие в основе этой нелогичной утраты узора, и подчёркивает, как биоразнообразие может возникать благодаря повторяющимся мутациям в одном и том же гене.

Опубликованное в New Phytologist, исследование идентифицирует ген BERRY1 как ключевой регулятор формирования «бычьего глаза» у цветков гибискуса. Команда обнаружила, что нарушения или делеции в этом гене приводили к уменьшению или отсутствию узоров у разных видов, демонстрируя, что сходные изменения цветка могут независимо эволюционировать через изменения в одном генетическом элементе.

«Мы обнаружили, что шмели явно предпочитают цветы с крупными тёмными «бычьими глазами», которые служат визуальными ориентирами, направляя их к центру цветка», — сказала Мэй Йео, первый автор и аспирант в группе доктора Эдвиж Мойру в Лаборатории Сэйнсбери.

«Было удивительно обнаружить, что, несмотря на это предпочтение, некоторые виды гибискусов неоднократно теряли эти черты. Это предполагает, что сдвиги в популяциях опылителей или условиях окружающей среды могут отбирать эти изменения».

Помимо визуальной подсказки для опылителей, узоры «бычий глаз» у других видов защищают пыльцевые зёрна от повреждения УФ-излучением. Таким образом, как экологические взаимодействия, так и давление среды, такое как УФ-облучение, формируют эволюцию цветов.

«Признаки цветка, такие как «бычий глаз», — это не просто красота, они оказывают реальное влияние на репродукцию и выживание растений», — сказала доктор Эдвиж Мойру, старший автор и руководитель группы в Лаборатории Сэйнсбери. «Прослеживая генетику этих узоров на лепестках, мы начинаем понимать, как относительно простые мутации могут приводить к крупным эволюционным изменениям».

Команда сравнила близкородственные виды, выявив поразительное разнообразие узоров: цветы Hibiscus trionum демонстрируют крупные пурпурные «бычьи глаза», в то время как у H. richardsonii они гораздо меньше, а у некоторых цветов H. verdcourtii они полностью отсутствуют.

У H. richardsonii мутации в гене BERRY1 нарушили выработку антоцианов у основания лепестка. У H. verdcourtii этот ген полностью отсутствует, что приводит к полной утрате узора. Эти параллельные генетические изменения указывают на конвергентную эволюцию, когда сходные черты — или их утрата — возникают у разных видов через сходные генетические пути.

Исследователи утверждают, что их результаты помогают объяснить, как генерируется биоразнообразие, особенно у цветковых растений, где визуальные сигналы играют центральную роль в размножении. Их работа закладывает основу для дальнейших исследований того, как генетические, экологические и средовые факторы взаимодействуют, формируя эволюцию цветка.

«Понимание того, как эволюционировали цвет и узор цветка, даёт нам представление о более широких вопросах о том, как возникает разнообразие в природе», — добавила Йео. «Это также открывает возможности для улучшения опылитель-дружественных культур и поддержки биоразнообразия в сельскохозяйственных системах».

Исследования команды Мойру представлены на этой неделе на всемирно известной цветочной выставке — RHS Chelsea Flower Show. Два близкородственных вида гибискуса — один с «бычьим глазом» и один, который практически утратил его, — а также результаты исследований узоров лепестков вместе с живыми изображениями со сканирующего электронного микроскопа представлены на выставке.