Растения с одним отцовским родителем встречаются чаще, чем считалось

В плоде с множеством семян все они имеют одинаковый материнский геном, но отцовские геномы могут происходить от пыльцы одного или нескольких растений-отцов. Распространённым предположением было, что семязачатки в цветке чаще всего опыляются несколькими отцовскими растениями.

В процессе оплодотворения и развития плода у таких растений могут возникать различные геномные конфликты: за питательные ресурсы между материнским растением и потомством, между развивающимися семенами, между отцовским и материнским геномами, а также конкуренция между отцовскими родителями. Связь этих конфликтов с единственным или множественным отцовством была неясна.

Чтобы выяснить распространённость моногамии и полиандрии у цветковых растений, учёные из Индии провели систематический обзор литературы с 1984 по 2024 год и метаанализ 63 видов из разных семейств. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Число отцовских родителей определяли в контексте самосовместимости/несовместимости, количества семян и филогенетических связей.

Анализ показал, что 52% изученных цветковых растений с многосемянными плодами имели в среднем от 1 до 1,5 отцовских родителей на плод. Это включает плоды от одного родителя (24%) и те, где среднее число родителей составляло 1–1,5 (28%). Только 19% растений имели более 3 отцовских родителей.

Распространённость единственного отцовства варьировала в зависимости от числа семян в плоде:

• 77% — у видов с 10–100 семенами.
• 47% — у видов с более чем 100 семенами.
• 54% — у видов с 2–10 семенами.

Результаты показывают, что с ростом числа семян в плоде значимого увеличения числа отцовских родителей не происходит.

Из 63 изученных видов 65% были самонесовместимыми (не способны к самоопылению). У таких растений единственное отцовство встречалось чаще (59% видов), чем у самосовместимых (41%).

Также выяснилось, что характер отцовства и система размножения не зависят от эволюционной истории. Авторы пишут: «Наблюдаемое распределение отцовства у цветковых растений оказалось независимым от филогенетических связей, что говорит об отсутствии эволюционных ограничений на эти паттерны».

Исследователи предполагают, что единственный пыльцевой родитель может быть связан со снижением некоторых геномных конфликтов. Они объясняют это двумя механизмами: эволюцией крупных цветков, привлекающих специализированных опылителей, способных доставить много пыльцы от одного растения, и уменьшением числа семязачатков в мелких цветках, которые часто опыляются общими опылителями.

Хотя у многих растений в исследовании наблюдалось множественное отцовство, моногамия встречалась чаще ожидаемого. Авторы отмечают, что эти паттерны параллельны таковым в системах спаривания животных. Новое понимание может помочь в разработке программ селекции сельскохозяйственных культур для контроля или предсказания происхождения семян, а также в стратегиях сохранения растений.