Генетический обмен может помочь растениям адаптироваться к изменению климата
Обмен генами между популяциями может помочь живым организмам лучше адаптироваться к изменению климата, особенно когда гены перемещаются между группами, наиболее подверженными влиянию потепления. К такому выводу пришло исследование Калифорнийского университета в Дэвисе на примере растения Mimulus laciniatus из Сьерра-Невады. Результаты были опубликованы 27 июня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
По словам профессора эволюции и экологии Шэрон Штраус, соавтора исследования, эти выводы важны для стратегий сохранения биоразнообразия.
"В крайних случаях, когда мы можем рассмотреть возможность пополнения генетических ресурсов исчезающих популяций, лучше всего получать эти гены из популяций, обитающих в аналогичных местообитаниях", — сказала Штраус.
Аспирант Джейсон Секстон вместе с Штраус и профессором растениеводства Кевином Райсом изучал Mimulus laciniatus — однолетнее растение, обитающее в моховых зонах Сьерры на высотах от 3200 до 10 000 футов.
Горные градиенты полезны для изучения последствий изменения климата, отметила Штраус, поскольку они позволяют воспроизвести эффекты потепления, не меняя другие факторы, такие как продолжительность светового дня. Растения уже живут в диапазоне температур, причем те, что находятся на более низких высотах, подвергаются более теплым условиям.
Секстон скрестил растения с теплой, низкогорной границы ареала с растениями из середины диапазона. Все гибриды затем выращивались в полевых условиях на нижней границе ареала.
Исследователи наблюдали за растущими растениями, чтобы проверить два противоположных прогноза о влиянии генного потока на популяции на границе ареала:
- Любое смешение генов из более широкой популяции должно помочь растениям адаптироваться к потеплению.
- Гены из центра ареала, не способствующие адаптации, могут "разбавить" полезные адаптивные гены, сводя на нет их пользу.
"Генный поток" описывает движение генетических признаков внутри и между популяциями в результате скрещивания особей.
Чтобы ответить на эти вопросы, ученые измерили, как смешение генов с разных высот влияет на способность растений выживать на теплой границе ареала. Они оценивали такие признаки, как время появления всходов, сроки цветения и общий репродуктивный успех.
Исследование показало, что верным оказался первый прогноз — генный поток действительно помог растениям адаптироваться к более теплой среде.
"Мы в целом обнаружили преимущества от генного потока, но наиболее полезным был обмен генами с другими популяциями с теплой границы ареала", — сказала Штраус.
Секстон отметил, что гибриды растений из двух популяций с теплой границы ареала показали себя лучше, чем любой из их родителей. Возможно, это связано с тем, что популяции использовали разные гены для адаптации к теплой среде.
"Когда их сложили вместе, их производительность резко возросла", — сказал он.
Популяции на границе ареала, часто считающиеся генетически обедненными, должны стать приоритетными целями для сохранения, поскольку они могут обладать уникальными адаптациями к своей среде, заключил Секстон.