Биологи раскрыли 51,7-миллионолетний генетический секрет, стоящий за знаменитой теорией Дарвина
Ученые идентифицировали кластер генов, ответственный за репродуктивные признаки у цветка Primula, важность которых впервые отметил Чарльз Дарвин более 150 лет назад.
Дарвин выдвинул гипотезу, что некоторые виды растений с двумя различными формами цветка, где мужские и женские репродуктивные органы имеют разную длину, эволюционировали таким образом для перекрестного опыления насекомыми-опылителями.
Его новаторское понимание значимости двух форм цветка, известных как 'pins' и 'thrums', ввело термин 'гетеростилия', а последующие исследования заложили основы современной генетической теории.
Теперь ученые из Университета Восточной Англии, работая в Центре Джона Иннеса, определили, какая именно часть генетического кода этих видов сделала их такими, в результате события, произошедшего более 51 миллиона лет назад.
Профессор Филип Гилмартин из Школы биологических наук UEA заявил: "Выявить гены, контролирующие биологию, отмеченную Дарвином, — это захватывающий момент. За последние десятилетия было проведено множество исследований для изучения генетической основы этого явления, но теперь мы определили суперген, непосредственно ответственный за него — S-локус".
Супергены — это кластеры тесно связанных генов, которые всегда наследуются вместе как единое целое и позволяют контролировать сложные биологические процессы. Исследователи совместно с Институтом Эрлхэма картировали гены растения и секвенировали геном Primula, чтобы найти конкретный кластер генов, ответственный за создание различных морф цветка.
Профессор Гилмартин сказал: "Мы не только идентифицировали суперген, но и обнаружили, что он специфичен только для одной из форм цветка — thrum. Это открытие имеет глубокие последствия для нашего понимания ключевой эволюционной инновации цветковых растений.
"Понимание генетики, лежащей в основе развития цветка и размножения вида, расширяет наши знания обо всей системе опыления, которая лежит в основе биоразнообразия и продовольственной безопасности.
"В условиях таких проблем, как изменение климата и его влияние на растения, сельскохозяйственные культуры и их насекомых-опылителей, еще важнее понимать механизмы опыления и то, как виды могут и будут реагировать".
В поисках генов, контролирующих гетеростилию, исследователям также удалось датировать исходную мутацию — 51,7 миллиона лет назад.
Обнаружив S-локус, они поняли, что ген был близким родственником другого гена, идентифицированного шесть лет назад как ответственного за определение идентичности лепестков у цветка Primula.
В какой-то момент этот ген дублировался, встроился в S-локус и мутировал, чтобы контролировать положение пыльника в цветке. Обнаружение этого дублированного гена позволило команде впервые определить, как давно произошла мутация.
Профессор Гилмартин большую часть своей карьеры исследовал происхождение гетеростилии. Он сказал: "Это исследование отвечает на некоторые ключевые вопросы, которые задавались со времен Дарвина, а для меня — с тех пор, как я купил свой первый пакет семян Primula двадцать лет назад".
Исследование 'Genetic architecture and evolution of the S locus supergene in Primula vulgaris' опубликовано в журнале Nature Plants в пятницу, 2 декабря 2016 года.