Создание новых видов без полового размножения

В природе иногда происходит скрещивание двух разных видов растений. Обычно это создаёт проблемы из-за несовместимости генетической информации родителей. Однако иногда природа использует хитрость: вместо передачи половины генома от каждого родителя, оба растения передают потомству полный набор хромосом. Хромосомы суммируются, а затем находят подходящего партнёра в процессе мейоза. Это позволяет растениям оставаться фертильными и приводит к образованию нового вида. Такое сочетание двух геномов, называемое аллополиплоидией, широко распространено среди диких растений и культур, таких как пшеница, рапс и хлопок. Теперь группа Ральфа Бока из Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка впервые показала, что новые виды могут возникать и бесполым путём.

Как и в предыдущих исследованиях, группа использовала метод прививки (графтинга). Известно, что растения могут срастаться в местах контакта. В садоводстве и виноградарстве этот метод используют для объединения желаемых признаков двух сортов без их скрещивания. Например, чувствительные к филлоксере элитные сорта винограда прививают на устойчивые к вредителю дикие подвои. Считалось, что при этом не происходит обмена или рекомбинации генетического материала — так называемого горизонтального переноса генов.

«В нашей предыдущей работе мы смогли доказать, что, вопреки общепринятой догме, в зоне контакта привитых растений происходит горизонтальный перенос генов хлоропластов. Теперь мы хотели выяснить, происходит ли перенос генетической информации и между ядрами», — объясняет Ральф Бок.

Исследователи встроили гены устойчивости к двум разным антибиотикам в ядерные геномы видов табака Nicotiana tabacum и Nicotiana glauca, которые обычно не скрещиваются. Затем один вид прививали на другой. После срастания учёные вырезали ткань из зоны контакта и культивировали её на среде с обоими антибиотиками, чтобы выжили только клетки, содержащие оба гена устойчивости и, следовательно, ДНК обоих видов. Им удалось вырастить множество устойчивых проростков.

Чтобы определить, произошёл ли перенос отдельных генов или всего генома, исследователи подсчитали количество хромосом в ядрах устойчивых растений. Если перенеслись полные геномы, новые растения должны содержать сумму хромосом двух видов.

«Действительно, мы обнаружили в устойчивых растениях 72 хромосомы, — объясняет Ральф Бок. — 72 — это сумма 24 хромосом N. glauca и 48 хромосом N. tabacum».

Таким образом, растения, полученные из места прививки, содержали генетическую информацию обоих видов.

«Нам удалось получить аллополиплоидные растения без полового размножения», — с удовлетворением отмечает Сандра Штегеманн, соавтор исследования.

При выращивании в теплице новые растения сочетали признаки обоих родительских видов, но с одним ярким отличием: они росли значительно быстрее родителей. Такое преимущество в жизнеспособности известно и у природных аллополиплоидных растений, и у сельскохозяйственных культур. Поскольку новые растения могли размножаться половым путём, а их потомство также было фертильным, их можно считать новым видом. Учёные назвали его Nicotiana tabauca.

«Таким образом, прививка двух видов и отбор на горизонтальный перенос генома может стать интересным методом для селекционеров, позволяющим создавать новые сельскохозяйственные растения с более высокой урожайностью и улучшенными свойствами», — единодушно считают учёные, участвовавшие в исследовании.