Эволюционный лайфхак — экономное самоопыление
Ещё Чарльз Дарвин замечал, что количество мужских гамет (для растений это пыльца, для животных — сперматозоиды) весьма изменчиво у разных особей и видов.
На первый взгляд производство большего количества мужских гамет кажется эволюционно выгодной стратегией, ведь самцы должны конкурировать, стараясь произвести больше потомства. Однако у многих одомашненных видов наблюдается уменьшенное количество мужских гамет.
Теоретически снижать производство мужских гамет выгодно в условиях, когда уровень самооплодотворения или инбридинга высок и для успешного размножения достаточно и меньшего их числа.
Международное исследование под руководством профессора Цюрихского университета (University of Zurich, UZH) Кентаро Симидзу (Kentaro Shimizu) показывает, что сокращение количества пыльцы не обязательно вредно, и даже выгодно для самооплодотворяющихся видов.
Изучалось хорошо известное модельное растение — резуховидка Таля Arabidopsis thaliana, или арабидопсис. Арабидопсис как модельный организм в основном самоопыляется, пыльцевых зёрен у него меньше, чем у его родственников в дикой природе.
В ходе исследования изучалось 144 генетически разнообразных растения и обнаружена вариативность по количеству пыльцевых зёрен на цветок — от 2000 до 8000. Затем сравнивалась генетическая информация, требовалось найти различия между растениями с высоким и низким количеством пыльцы.
Полногеномный поиск ассоциаций выявил один ген, влияющий на количество пыльцы, производимой растением. Ген получил имя — REDUCED POLLEN NUMBER1 (RDP1), ген сокращения пыльцы номер 1.
С помощью технологии CRISPR-Cas9 исследователи создали несколько мутантных вариантов гена RDP1, в растениях как с высоким, так и с низким количеством производимой пыльцы. Они скрещивали мутировавшие растения друг с другом и подсчитывали пыльцу, производимую гибридным потомством.
«Эксперименты подтвердили тонкий, но значительный эффект гена RDP1», — говорит соавтор работы, Мисако Ямадзаки (Misako Yamazaki). Сравнение с другими организмами показало, что ген кодирует фактор, способствующий построению рибосом — «клеточных фабрик» для производства белка.
Далее было интересно выявить, является ли снижение количества пыльцы фактором положительного отбора или произошло случайно. Использовался статистический метод, позволивший получить представление об эволюции гена RDP1 в модельных растениях, отличающихся по количеству производимой пыльцы. Результаты показали, что признак пониженного количества пыльцы действительно поддерживался положительным отбором.
Отбор по количеству пыльцы был очень сильным, даже в сравнении с такими признаками, как устойчивость к болезням и реакциями на изменения окружающей среды. Это подтверждает важность производства определённого количества пыльцы для репродуктивного успеха.
Ссылка на источник
На первый взгляд производство большего количества мужских гамет кажется эволюционно выгодной стратегией, ведь самцы должны конкурировать, стараясь произвести больше потомства. Однако у многих одомашненных видов наблюдается уменьшенное количество мужских гамет.
Теоретически снижать производство мужских гамет выгодно в условиях, когда уровень самооплодотворения или инбридинга высок и для успешного размножения достаточно и меньшего их числа.
Геномный анализ самооплодотворяющегося растения
Международное исследование под руководством профессора Цюрихского университета (University of Zurich, UZH) Кентаро Симидзу (Kentaro Shimizu) показывает, что сокращение количества пыльцы не обязательно вредно, и даже выгодно для самооплодотворяющихся видов.
«До сих пор было мало доказательств в поддержку этой идеи, потому что производство мужских гамет — сложный признак, на который влияют многие гены с небольшими эффектами, и его молекулярная основа осталась неизвестной», — говорит Кентаро Симидзу.
Изучалось хорошо известное модельное растение — резуховидка Таля Arabidopsis thaliana, или арабидопсис. Арабидопсис как модельный организм в основном самоопыляется, пыльцевых зёрен у него меньше, чем у его родственников в дикой природе.
В ходе исследования изучалось 144 генетически разнообразных растения и обнаружена вариативность по количеству пыльцевых зёрен на цветок — от 2000 до 8000. Затем сравнивалась генетическая информация, требовалось найти различия между растениями с высоким и низким количеством пыльцы.
Ген RDP1 контролирует производство пыльцы
Полногеномный поиск ассоциаций выявил один ген, влияющий на количество пыльцы, производимой растением. Ген получил имя — REDUCED POLLEN NUMBER1 (RDP1), ген сокращения пыльцы номер 1.
С помощью технологии CRISPR-Cas9 исследователи создали несколько мутантных вариантов гена RDP1, в растениях как с высоким, так и с низким количеством производимой пыльцы. Они скрещивали мутировавшие растения друг с другом и подсчитывали пыльцу, производимую гибридным потомством.
«Эксперименты подтвердили тонкий, но значительный эффект гена RDP1», — говорит соавтор работы, Мисако Ямадзаки (Misako Yamazaki). Сравнение с другими организмами показало, что ген кодирует фактор, способствующий построению рибосом — «клеточных фабрик» для производства белка.
Меньше пыльцы — больше приспособленности
Далее было интересно выявить, является ли снижение количества пыльцы фактором положительного отбора или произошло случайно. Использовался статистический метод, позволивший получить представление об эволюции гена RDP1 в модельных растениях, отличающихся по количеству производимой пыльцы. Результаты показали, что признак пониженного количества пыльцы действительно поддерживался положительным отбором.
Отбор по количеству пыльцы был очень сильным, даже в сравнении с такими признаками, как устойчивость к болезням и реакциями на изменения окружающей среды. Это подтверждает важность производства определённого количества пыльцы для репродуктивного успеха.
Подготовка материала: Сергей Сыров
Ссылка на источник