Самоопыляющееся растение быстро теряет генетическое разнообразие
Цветковое растение, способное к самоопылению, потеряло существенную часть генетической изменчивости всего за девять поколений в условиях отсутствия шмелей, как показало экспериментальное исследование.
Группа самоопыляющихся растений мимулюса потеряла от 13% до 24% своей генетической изменчивости по сравнению с группой, опылявшейся шмелями. Эта потеря может лишить растения способности адаптироваться к изменениям окружающей среды, согласно исследованию, опубликованному в журнале Evolution. Учитывая сокращение популяций пчел в природе, результаты указывают на серьёзные проблемы для диких растений и сельскохозяйственных культур, зависящих от этих опылителей.
«Мы обнаружили, что за очень короткое время произошли серьёзные последствия для геномов растений, когда они были вынуждены перейти на самоопыление», — заявил эволюционный биолог Джеремайя Буш из Университета штата Вашингтон, ведущий автор исследования.
Опылители, такие как пчелы, важны для биоразнообразия сами по себе, добавил Буш, но исследование показывает, что их исчезновение также будет иметь потенциально разрушительные последствия для растений, причем очень быстро.
«Если опылители будут потеряны, это станет проблемой не только для них: популяции растений потеряют генетическое разнообразие за десятки поколений — не за тысячи, а за десятки», — сказал Буш.
Хотя учёным было известно, что переход к самоопылению может угрожать долгосрочному выживанию вида растений, они не знали точно, как это работает на генетическом уровне и как быстро.
Коллеги Буша провели контролируемый эксперимент в теплице с использованием мимулюса жёлтого — обычного дикого цветка, встречающегося на западе США. Одна группа растений была изолирована от шмелей-опылителей. Сначала эти растения давали мало семян, но затем, адаптируясь к самоопылению, стали производить их много. Цветки также изменились: мужские и женские репродуктивные части (пыльники и рыльца пестиков) сблизились, чтобы облегчить перенос пыльцы.
Хотя самоопыляющиеся растения продолжали размножаться, они потеряли генетическое разнообразие по сравнению с контрольной группой, которую посещали шмели.
Ключом к объяснению этого неожиданного снижения является адаптация, пояснил Буш. В самоопыляющихся популяциях благоприятный генотип будет распространяться, если у него есть преимущество, но вместе с ним распространяются и все другие мутации, которые он несет, просто потому, что им «посчастливилось» находиться в геноме этого растения. Это явление «генетического автостопа» гораздо менее выражено, когда растения опыляются пчёлами, потому что потомство представляет собой смесь генетической изменчивости родителей.
«Сильное инбридинг фундаментально изменил последствия адаптации», — отметил он.
Буш добавил, что будущие исследования должны наблюдать за растениями в течение более длительного периода, чтобы выяснить, приводит ли и когда потеря генетического разнообразия к краху популяции.
«Очень важным следующим шагом является изучение того, насколько быстро снизится жизнеспособность сильно инбредных групп с течением времени — чтобы понять, как быстро эти популяции вымрут. Нам действительно необходимо понять последствия потери опылителей. Это будет иметь значение для диких популяций растений и сельскохозяйственных культур. Многие культуры зависят от пчёл».