Как у растений эволюционирует избегание инбридинга?

Инбридинг обычно вреден, даже для цветковых растений. Поскольку он повышает риск экспрессии вредных копий генов, потомство от самоопыления страдает от сниженной жизнеспособности.

Многие цветковые растения способны распознавать и отвергать собственную пыльцу, предотвращая инбридинг, несмотря на гермафродитную природу растений. Этот механизм — сложный признак, включающий взаимодействие гена, который маркирует пыльцу молекулой-идентификатором, и гена, производящего молекулу, способную обнаружить пыльцу, произведённую тем же растением.

Эволюционные биологи часто утверждали, что однажды утраченные сложные признаки редко восстанавливаются. Однако новое исследование, проведённое биологами Университета Макгилла и опубликованное в журнале PLOS Biology, предполагает, что это может быть не так для распознавания собственной пыльцы.

В эволюционной линии, ведущей к роду Leavenworthia (группа растений, родственная рапсу и капустным культурам, таким как брокколи и капуста), были утрачены предковые гены, кодирующие распознавание собственной пыльцы. Но функция распознавания собственной пыльцы у Leavenworthia, по-видимому, была взята на себя двумя другими генами, которые изначально могли иметь иную роль — например, в распознавании патогенов.

Механизм и исследование

"Самонесовместимость" — система распознавания пыльцы, позволяющая растениям избегать инбридинга от самоопыления, — включает пару тесно сцепленных генов, известных как S-локус. В этом исследовании учёные проанализировали последовательность генов, организацию генома и эволюционную историю S-локусов у представителей семейства Brassicaceae, к которому относятся растения рода Leavenworthia.

Ключевые выводы

"Мы заключаем, что оба гена, составляющие предковый S-локус у Brassicaceae, были утрачены у Leavenworthia", — говорит исследователь из Макгилла Сир-Чинг Чанта, ведущий автор исследования. "Однако наши анализы показывают, что растения этого рода имеют два других сцепленных гена, которые демонстрируют паттерны, характерные для S-локуса. Эти гены занимают ту же геномную позицию у Leavenworthia, что и два гена, не относящиеся к S-локусу, у родственного вида. Мы предполагаем, что эти гены эволюционировали, чтобы взять на себя функцию системы распознавания пыльцы при самонесовместимости у Leavenworthia".

Эволюционное значение

"Франсуа Жакоб, знаменитый французский биолог, однажды сравнил действие естественного отбора с работой мастера-такелажника, который использует подручные материалы для создания рабочего объекта", — отмечает профессор биологии Макгилла Дэниел Шен, ответственный автор исследования. "Эволюция генов, участвующих в распознавании собственной пыльцы у Leavenworthia, предоставляет убедительный пример этой идеи и подтверждает мнение, что утрата сложных признаков не всегда может быть необратимой".