Полиплоидные растения сохраняют несколько типов цветков благодаря древней генетической архитектуре

Гетеростилия — полиморфизм цветков, при котором вид производит два или три различных типа цветков с реципрокным расположением рылец и пыльников. Эта система повышает точность опыления, снижает половую интерференцию и способствует перекрёстному опылению. Её контролирует суперген S-локуса.

Удвоение всего генома (полиплоидизация) часто нарушает сложные генетические системы. Считалось, что она приводит к распаду гетеростилии в более простую форму — гомостилию. Однако большинство молекулярных исследований гетеростилии проводилось на диплоидных видах, оставляя пробел в понимании того, как полиплоиды поддерживают этот сложный признак.

Чтобы заполнить этот пробел, исследователи из Южно-Китайского ботанического сада Китайской академии наук и Технологического университета Шаньдуна проанализировали тетраплоидный вид Schizomussaenda henryi (Rubiaceae). Они обнаружили, что его гетеростилия остаётся нетронутой и полностью функциональной, несмотря на полиплоидизацию. Результаты опубликованы в New Phytologist.

Команда создала первую сборку генома S. henryi на уровне хромосом. Сравнительный геномный и транскриптомный анализ показал, что S-локус — обнаруженный только у растений с коротким столбиком и присутствующий в гемизиготном состоянии — содержит четыре тесно сцепленных гена. Среди них фактор ответа на ауксин SchzAUX22, по-видимому, является ключевым регулятором развития дистилии.

Филогенетический и k-mer анализ предполагает, что S. henryi возник в результате события аллополиплоидизации около 3.6 млн лет назад. Измеряя скорости синонимичных замен (Ks), исследователи определили, что S-локус появился около 50 млн лет назад — задолго до полиплоидного события. Эти данные демонстрируют, что полиплоидизация не обязательно ведёт к распаду гетеростилии, подчёркивая устойчивость этой супергенной системы.

Результаты дают первое представление о гетеростилии у полиплоидных растений на уровне генома, проливая новый свет на эволюцию цветкового разнообразия и систем размножения у покрытосеменных.