Эволюция остроты горчицы
Острый вкус, который растение горчицы вырабатывает для отпугивания насекомых-вредителей, может быть вопросом жизни и смерти. Новое исследование использовало этот признак и его региональные вариации, чтобы решить сложную задачу измерения эволюции сложных признаков в естественной среде.
Междисциплинарная международная группа исследователей из Университета Дьюка выяснила, почему дикие горчичные растения так сильно различаются по степени «остроты». Эта вариативность определяет выживаемость растений в Скалистых горах, где условия среды могут значительно меняться на коротких расстояниях.
Исследование, опубликованное 31 августа в журнале Science, — одно из немногих, кому удалось проследить связь от генов, лежащих в основе вариаций сложного признака в природе, до эволюционных процессов, которые на них повлияли.
«Нам удалось собрать эту историю воедино — от растений в земле до аминокислот в лаборатории», — сказал Том Митчелл-Олдс, профессор биологии.
Команда изучала дикую горчицу Boechera stricta. Этот организм выбран из-за его близкого родства с лабораторным растением Arabidopsis и потому, что эти растения живут в нетронутых и неизменных местах на протяжении последних 3000 лет.
Исследователи сначала определили широкую область в геноме растений, ответственную за различия в:
- химической защите,
- уязвимости к насекомым,
- выживании и размножении в природе.
В итоге они проследили эти различия до двух изменений аминокислот в ферменте, контролирующем основной острый компонент растений. Сложный биохимический анализ показал, что эта, казалось бы, небольшая разница изменяет путь синтеза «остроты», приводя к образованию другого защитного химического вещества. Эта разница имеет решающее значение для насекомых.
- Растения с «колорадской» версией фермента, высаженные в Монтане, с трудом выживали из-за насекомых.
- Растения из Монтаны, высаженные в Колорадо, также сильно страдали от вредителей.
Хотя результаты могут иметь сельскохозяйственное применение, Митчелл-Олдс больше заинтересован в понимании естественной вариативности и эволюционных сил, которые формировали её на протяжении тысяч лет.
«Нам удалось работать в местах, где среда нетронута, где эти генотипы находились 3000 лет в том самом месте, где они изначально эволюционировали. Эта вариация, которую мы видим, отражает историю», — сказал он.