Плохие семена: как родительская линия может определять жизнеспособность гибридов томата

Группа под руководством Томаса Штедлера из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) в сотрудничестве с исследователями из Цюрихского университета провела первое исследование, изучающее изменения на уровне всего генома в результате скрещивания близкородственных видов диких томатов. Целью было выяснить молекулярные причины гибели большинства гибридных семян от скрещивания двух близкородственных южноамериканских видов диких томатов: S. peruvianum (юго-запад Перу) и S. chilense (север Чили).

Новое исследование, опубликованное в онлайн-версии журнала Molecular Biology and Evolution, оценивало, может ли к гибели семян приводить сложное явление эпигенетического геномного импринтинга — родительского (материнского или отцовского) влияния на то, будет ли ген включен или выключен у потомства. Известно, что геномный импринтинг важен для нормального развития семян цветковых растений и происходит в основном в питающей ткани эндосперма, который содержит триплоидный геном с соотношением материнского и отцовского геномов 2:1.

Используя методы секвенирования нового поколения и лазерную микродиссекцию семян, исследователи обнаружили нарушения в импринтинге. В гибридных семенах от скрещивания S. peruvianum × S. chilense (мать × отец) произошел глобальный сдвиг, который почти полностью устранил сильно смещенную в сторону отца экспрессию генов (в обратном направлении скрещивания эффект был менее выражен). Это затронуло ключевую регуляцию генов и, возможно, способствовало гибели семян.

Ученые наблюдали сильный сдвиг в гибридном эндосперме в сторону экспрессии генов, унаследованных от матери. Авторы предполагают, что между видами произошла дивергенция в аппарате экспрессии генов, и смещение в пользу материнского транскрипционного аппарата будет способствовать транскрипции материнских РНК. Эта гипотеза может быть широко применима к гибридам растений и быть важным фактором, объясняющим различия в жизнеспособности семян при межвидовом скрещивании.

Результаты дают новое понимание факторов, влияющих на барьеры гибридизации у цветковых растений, а также молекулярных эволюционных сил, которые могут способствовать репродуктивной изоляции у недавно разделившихся видов.

«Нашу работу следует рассматривать как "пилотное" исследование, раскрывающее несколько новые явления, требующие как механистического, так и эволюционного объяснения, а не как дающее четкие ответы на хорошо сформулированную проблему», — сказал Штедлер.