Семейные конфликты в семенах показывают, как родители и потомство иногда эволюционируют в противоположных направлениях
Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе раскрывает удивительный способ, которым семейные конфликты в семенах движут быстрой эволюцией. Исследователи обнаружили, что конфликт из-за количества ресурсов, получаемых потомством от родителя, играет особую роль в развитии определенных тканей семени. Исследование будет опубликовано на неделе 22 апреля в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Конфликт в семени
Семена растений содержат ткани, представляющие трех различных генетических родственников:
- Мать (материнская ткань)
- Зародыш (эмбрион)
- Эндосперм — странная триплоидная ткань, участвующая в передаче питательных веществ от матери к зародышу.
Используя геномные данные модельного растения Arabidopsis thaliana, исследователи осветили спор между этими тремя сторонами о том, сколько ресурсов должно быть отдано зародышу.
«Это разные стороны с разными генетическими интересами», — пояснила Кэтрин Гайст, аспирант из лаборатории под руководством Дэвида К. Квеллера и Джоан Страссманн.
Эволюционная «гонка вооружений»
Эволюционный конфликт часто приводит к ускоренной эволюции — иногда называемой «гонкой вооружений», — поскольку организмы с конкурирующими интересами стремятся превзойти друг друга от поколения к поколению. Это взаимодействие наиболее заметно там, где конфликты очень сильны, например, между хозяином и патогеном.
«Но родство, как ожидается, снижает конфликт. Мы хотели проверить, приводят ли конфликты среди родственников, тем не менее, к быстрой эволюции, соответствующей эволюционной гонке вооружений», — сказал Квеллер.
Генетические доказательства
Гайст тщательно проанализировала опубликованные геномные данные для Arabidopsis, сравнив темпы адаптивной эволюции в генах, контролирующих рост в разных частях растений.
Были обнаружены:
- Более высокие темпы адаптивной эволюции для генов, активность которых повышена в семенах, по сравнению с другими органами растения (цветочные почки, стебли, листовые розетки, корни).
- Больше свидетельств адаптивной эволюции в генах, экспрессируемых в эндосперме и материнских тканях, чем в зародышах.
- Ускоренная эволюция в суб-тканях семян, которые непосредственно участвуют в передаче питательных веществ.
«Мы видим предсказанную нами молекулярно-эволюционную картину быстрой адаптации в регионах генов, вовлеченных в распределение ресурсов, но не в тех, которые предположительно участвуют только в их хранении», — отметила Гайст.
Значение
Результаты подтверждают, что «гонки вооружений» возникают не только у непримиримых врагов (хозяин-патоген), но и в результате менее острых споров внутри семей. Они также предполагают, что растительные «семьи» имеют те же типы конфликтов, что и животные.
Изученные социальные взаимодействия могут иметь значение для размера семян. Окончательный размер и питательная ценность семян важны для человека, который полагается на зерновые культуры, такие как рис, пшеница, ячмень и киноа, как на основные источники пищи во всем мире.