Растения-ложечницы — холодные специалисты ледникового периода
Как холодные реликты в нагревающемся мире, растения группы ложечниц (Cochlearia) неоднократно быстро адаптировались к изменяющемуся климату во время ледниковых периодов последних двух миллионов лет. Международная команда эволюционных биологов и ботаников под руководством профессора Маркуса Коха из Гейдельбергского университета с помощью геномных анализов изучила, какие факторы способствуют адаптации к экстремальным климатическим условиям. Эволюционная история семейства Brassicaceae дает представление о том, как растения смогут справляться с изменением климата в будущем.
Род ложечниц (Cochlearia) из семейства Brassicaceae отделился от своих средиземноморских родственников более десяти миллионов лет назад. В то время как их прямые потомки специализировались в ответ на засуху, ложечницы завоевали холодные и арктические местообитания в начале ледникового периода 2,5 миллиона лет назад.
В контролируемых лабораторных экспериментах исследователи изучили культивируемые виды обеих групп, чтобы определить, как они адаптировались во время относительно быстро чередующихся холодных и теплых периодов за последние два миллиона лет. «Холодовая тренировка» показала, что физиологические адаптации к засухе и солевому стрессу на ранних этапах эволюции позже помогли растениям развить высокую устойчивость к холоду. Несмотря на ожидания, значительной разницы в реакции на холодный стресс между холодными специалистами Арктики и Альп и сухими или солеустойчивыми специалистами из Средиземноморья не обнаружилось.
Новые растения, адаптированные к холоду, развили отдельные генные пулы, которые часто контактировали друг с другом в холодных регионах. Поскольку у ложечниц почти нет генетических барьеров для контакта между видами, сформировались популяции с множественными наборами хромосом, которые впоследствии постоянно сокращались в размерах. Это позволяло видам снова и снова занимать холодные экологические ниши.
В то время как генофонд холодных специалистов из Арктики расширялся, популяция европейских ложечниц сокращалась с последнего ледникового периода. Холодные местообитания в Европе исчезают из-за глобального потепления, что серьезно угрожает всем видам ложечниц. Не пострадала только датская ложечница с ее обильными наборами хромосом, которая в некоторых случаях даже распространяется. Это единственный вид ложечницы, изменивший свой жизненный цикл и процветающий в соленых и песчаных местообитаниях. По некоторым экологическим особенностям он напоминает своих далеких средиземноморских родственников.
Для исследователей физиологическая адаптивность ложечниц делает их многообещающей модельной системой для одновременного изучения адаптаций к засухе, холоду и солевому стрессу.
Исследование опубликовано в eLife.