Удвоение генома связано с происхождением и эволюцией хвойных и их родственников

Новое исследование показывает, что события удвоения генома были жизненно важны на протяжении всей эволюционной истории голосеменных растений — разнообразной группы, включающей сосны, кипарисы, секвойи, гинкго и саговники. Работа, опубликованная в Nature Plants, указывает, что удвоение генома у предка современных голосеменных могло напрямую способствовать возникновению группы более 350 миллионов лет назад. Последующие дупликации дали сырой материал для эволюции инновационных признаков, позволивших этим растениям сохраняться в меняющихся экосистемах, заложив основу для недавнего возрождения за последние 20 миллионов лет.

Взгляд на генетику голосеменных

Хотя полиплоидия (наличие более двух наборов хромосом) редкость у животных, у растений это обычное явление. Однако десятилетиями считалось, что полиплоидия не была столь распространена или важна для голосеменных из-за их низких чисел хромосом, несмотря на огромные размеры геномов.

Сложность геномов голосеменных заключается в накоплении множества повторяющихся некодирующих последовательностей. Но масштабные проекты по секвенированию более 1000 растений открыли новые возможности для исследований.

Удвоение генома породило голосеменных

Сравнивая ДНК современных голосеменных, учёные обнаружили свидетельства нескольких древних событий удвоения генома, совпадающих с происхождением основных групп:

• Все современные голосеменные несут следы древнего удвоения более 350 млн лет назад.
• Более 100 млн лет спустя другое удвоение привело к возникновению семейства сосновых.
• Третье событие дало начало подокарповым — группе, сегодня в основном ограниченной Южным полушарием.

В каждом случае анализ выявил сильную связь между дуплицированной ДНК и эволюцией уникальных признаков, таких как специализированные корни саговников или видоизменённые шишки подокарповых.

Конкуренция и изменение климата: вымирание и диверсификация

Эволюционная история голосеменных — это сложное взаимодействие вымирания и видообразования на фоне глобальных изменений климата.

После вымирания динозавров 66 млн лет назад цветковые растения начали вытеснять многие линии голосеменных, что привело к массовым вымираниям. Например, от некогда процветавшего семейства гинкговых остался единственный современный вид.

Однако результаты исследования показывают, что, по крайней мере, некоторые группы голосеменных пережили возрождение около 20 млн лет назад, совпавшее с переходом Земли к более прохладному и сухому климату.

Голосеменные адаптировались к жизни в экстремальных условиях (например, сосновые леса, приспособленные к пожарам, или бореальные леса), где они получали преимущество. Но в их отсутствие цветковые растения быстро захватывали территорию.

Современные угрозы и будущее

Сегодня более 40% видов голосеменных находятся под угрозой исчезновения из-за совокупного давления изменения климата и потери среды обитания. Несмотря на то что некоторые группы (хвойные, саговники) значительно диверсифицировались за последние 20 млн лет, многие виды имеют крайне ограниченное распространение.

«Усилия по сокращению потери среды обитания, вероятно, необходимы для сохранения многих видов, которым в настоящее время угрожает исчезновение», — отмечает ведущий автор исследования Грегори Сталл.