Как у растений рода Erysimum развилась пара взаимодополняющих защитных механизмов

Два химических соединения, используемые растениями рода Erysimum (желтушник) и их родственниками для отпугивания вредителей, эволюционировали как взаимодополняющие: одно нацелено на всеядных травоядных, а другое — на специализированных вредителей, выработавших устойчивость к общей защите.

Растения вовлечены в непрерывную гонку вооружений с теми, кто их поедает. Они развивают защитные механизмы, а их вредители — контрмеры. Новое исследование, опубликованное в eLife, раскрывает детали этой эволюционной химической гонки вооружений в роде Erysimum из семейства капустных (Brassicaceae).

Первой линией защиты у всех Brassicaceae являются химические соединения — глюкозинолаты, которые активируются при повреждении растения. Позже у желтушников развилась вторая линия защиты — производство карденолидов, чтобы отпугивать травоядных, выработавших устойчивость к глюкозинолатам.

Чтобы изучить это, команда под руководством Тобиаса Цюста секвенировала геном Erysimum cheiranthoides и построила детальное филогенетическое дерево для этого и 47 других видов желтушников. Учёные сравнили разнообразие и количество глюкозинолатов и карденолидов у этих видов.

Ключевые выводы:

• Два типа защитных соединений варьировались независимо друг от друга.
• Близкородственные виды, обитающие в одной географической зоне, имели сходные признаки, связанные с карденолидами, но не с глюкозинолатами. Это, вероятно, результат разного эволюционного давления на каждую защиту.
• Несмотря на одновременную выработку двух потенциально затратных химических защит, свидетельств компромисса (trade-off) между ними не обнаружено.
• Эти соединения, по-видимому, взаимодополняют друг друга, а не выполняют избыточные функции.

Появление карденолидов совпало со взрывным видообразованием в роде Erysimum, что позволяет предположить: эта вторая, дополнительная линия защиты могла способствовать успеху растений и их расселению в новые местообитания.

Дальнейший анализ генома E. cheiranthoides поможет идентифицировать гены, ответственные за производство глюкозинолатов и карденолидов, и лучше понять их роль в эволюции защитных механизмов семейства Brassicaceae.