Генетики отвечают на вопросы, заданные во времена Дарвина

Понимание генетических механизмов развития цветка расширяет наши знания обо всей системе опыления — основе биоразнообразия и продовольственной безопасности
Понимание генетических механизмов развития цветка расширяет наши знания обо всей системе опыления — основе биоразнообразия и продовольственной безопасности. / Иллюстрация — Ася Ад.

Биологи определили группу генов, отвечающую за репродуктивные признаки примулы обыкновенной (Primula vulgaris), растения, особенности размножения которого интересовали ещё Чарльза Дарвина.

Для примулы характерна так называемая диморфная гетеростилия. Суть этого приспособления к перекрёстному опылению заключается в том, что цветки у одной части популяции имеют длинные пестики, а у другой — короткие. Рыльце у длиннопестиковой формы располагается около уровня отгиба, а тычинки прикреплены к средней части трубки венчика; рыльце у короткопестиковой формы располагается в средней части трубки венчика, а тычинки — около уровня отгиба.

Гетеростилию первоцветов (первоцвет — одно из наименований примулы) подробно изучал Чарльз Дарвин в 1862 и 1877 годах. Он же ввёл термин гетеростилии в научный оборот. Основываясь на результатах экспериментов, Дарвин сделал вывод, что у гетеростильных первоцветов возможны три варианта опыления (между разными формами, между одинаковыми формами и самоопыление), но наиболее благоприятным для растений является перекрёстное опыление между разными формами: в этом случае семян образуется больше и они более жизнеспособны.

Дальнейшие исследования гетеростилии заложили фундамент современной генетической теории.

И только сейчас учёные из Университета Восточной Англии (University of East Anglia), работающие в Центре Джона Иннеса (John Innes Centre), определили, какая именно часть генетического кода изменилась более 51 миллиона лет назад, когда у первоцветов возникла гетеростилия.

Профессор Филип Гилмартин (Philip Gilmartin) из школы биологических наук Университета Восточной Англии сказал:

«Выявить гены, контролирующие биологический признак, который отметил Дарвин, — волнующий момент. Множество исследований было проведено на протяжении последних десятилетий для изучения генетических основ этого явления, но теперь мы точно определили суперген, который непосредственно за него отвечает, локус S».

Цветок примулы
Примула.

Супергены — кластеры тесно связанных генов, которые наследуются совместно как единое целое и позволяют передавать из поколения в поколение определённый биологический признак. В данном исследовании перед генетиками стояла задача найти тот кластер генов, который отвечает за различия форм примулы.

Профессор Гилмартин продолжил:

«Мы не только идентифицировали суперген, мы обнаружили, что он является специфическим для всего лишь одной из форм цветка, короткопестичной. Эта информация важна для понимания основных эволюционных инноваций цветковых растений.

Понимание генетических механизмов, лежащих в основе развития цветка и воспроизводства вида, расширяет наши знания обо всей системе опыления — основе биоразнообразия и продовольственной безопасности.

В свете наличия таких проблем, как изменение климата и его воздействие на растения, посевы и их опылителей, очень важно понимать механизмы опыления, как виды могут и будут изменяться».

Исследователям удалось определить время, когда произошла мутация, положившая начало диморфной гетеростилии — около 51,7 млн лет назад.

Профессор Гилмартин исследует истоки гетеростилии большую часть своей научной карьеры. В заключение он отмечает:

«Это исследование даёт ответы на некоторые важные вопросы, которые были заданы во времена Дарвина и интриговали меня, ещё когда я покупал свою первую пачку семян примулы двадцать лет назад».

Материалы исследования опубликованы в журнале Nature Plants 2 декабря.