Гибридные растения с гиперактивной иммунной системой
Особи одного вида часто можно скрещивать без проблем. Однако у генов тоже есть свои предпочтения, и некоторые варианты генов несовместимы с теми, что встречаются у других особей того же вида. Естественный отбор может порождать варианты генов, которые не подходят к генам растений из других популяций внутри одного вида. Таким образом могут возникать новые виды.
Ученые из Института селекции растений Общества Макса Планка в Кёльне идентифицировали такую комбинацию генов. Она приводит к тому, что несовместимые гибриды плохо растут в холодных условиях и не могут контролировать свой иммунный ответ на патогены. (Nature Genetics, 31 октября 2010 г.)
Гибридные растения, несущие два или более несовместимых варианта генов (несовместимых аллелей), часто стерильны и медленно растут. Селекционеры называют такие растения с конфликтующими вариантами генов несовместимыми гибридами. Однако эти вредные аллели не исчезают из природы; некоторые встречаются удивительно часто. Это говорит о том, что они выгодны в своем исходном генетическом фоне и проявляют негативные стороны только после скрещивания.
Исследователи изучали несовместимые гибриды, полученные при скрещивании различных природных линий (accessions) резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Естественный ареал этого растения простирается от Японии до островов Зеленого Мыса и Северной Америки, и от Северной Африки до северной Швеции. Если европейскую линию Ler скрестить с азиатскими линиями Kas-2 или Kond, получаются несовместимые гибриды, которые растут в карликовой форме только при температурах ниже 14°C.
Гиперактивная иммунная система тормозит рост
Критический аллель в линиях Kas-2 и Kond — это рецептор-подобная киназа, участвующая в иммунном ответе. Этот аллель позволяет производить белок, который запускает более сильный иммунный ответ у растения.
Критический аллель в линии Ler расположен в пределах кластера R-генов (генов устойчивости). Их белковые продукты также помогают растению защищаться от патогенов. Точный полиморфизм(ы) аллеля Ler в этом сложном кластере, который запускает несовместимость с аллелями рецептор-подобной киназы Kas-2 и Kond, все еще анализируется.
«Карликовый рост позволяет предположить, что аллель Ler должен быть как-то связан с иммунной системой растения. Активированная система иммунной защиты требует значительных метаболических затрат и всегда происходит в ущерб росту», — говорит Матьё Реймон.
Изолированные популяции Arabidopsis со временем накапливают генетические различия. Некоторые различия возникают случайно, другие отбираются, поскольку позволяют растению лучше адаптироваться к местным условиям. Несовместимые киназные аллели Kas и Kond распространены в Азии и несут признаки отбора, но не существуют в других частях мира. Вероятно, они смогли распространиться в Азии, так как помогали местным популяциям достичь оптимального иммунного ответа. Катастрофическая гиперактивность иммунной системы возникает только при скрещивании с линией Ler, которую они, вероятно, никогда не встречают в природе из-за большого расстояния между ареалами. Поэтому отбор против этой комбинации аллелей не ожидается.
«Распространение несовместимости между линией Ler и азиатскими линиями — это побочный продукт естественного отбора в их локальных средах. Это хороший пример того, как могут возникать новые виды, которые больше нельзя скрещивать друг с другом», — объясняет Рубен Алькасар.