Генеалогическое древо подсолнечника объясняет эволюцию симметрии растения

Новое исследование, раскрывающее секреты симметрии цветов в семействе подсолнечника (астровые), дает представление об истории эволюции этой разнообразной группы. Охватывая широкий спектр видов, таких как астры, маргаритки, салат и артишоки, исследование углубляется в сложное развитие симметричных узоров подсолнечника.

Исследование, опубликованное в престижном журнале Plant Communication, возглавил Хонг Ма, известный эксперт в области репродуктивного развития и эволюции растений.

Он и его коллеги приступили к исследованию генеалогического древа подсолнечника и обнаружили, что симметрия, наблюдаемая в цветках подсолнечника — черта, которую часто считают само собой разумеющейся — развивалась несколько раз независимо в результате конвергентной эволюции.

«Конвергентная эволюция происходит, когда неродственные виды независимо развивают сходные черты, часто в ответ на аналогичные экологические проблемы или образ жизни», — поясняет Хонг Ма. «Это может затруднить определение того, насколько тесно связаны два вида путем сравнения их признаков, поэтому наличие подробного генеалогического древа, основанного на последовательности ДНК, имеет решающее значение для понимания того, как и когда эти черты развились».

Это открытие бросает вызов предыдущим предположениям, демонстрируя сложность и динамизм эволюционных путей внутри семейства подсолнечника. Следовательно, это подчеркивает важность генетических исследований в разгадке этих загадок.

Двусторонняя симметрия подсолнухов

Выводы исследования о симметрии цветов этого семейства особенно интересны. Подсолнух, головка которого состоит из множества более мелких цветков, обычно демонстрирует радиальную симметрию.

Однако ученые обнаружили, что двусторонняя симметрия, при которой цветок можно разделить на две равные половины только по одной линии, независимо появилась у разных видов внутри семейства. Примечательно, что эта особенность также несколько раз исчезала на протяжении эволюционной истории.

Это открытие тесно связано с функцией гена CYC2, который играет решающую роль в регуляции развития цветов. Появление и потеря двусторонней симметрии у подсолнечника указывают на тонкие и сложные взаимодействия между генетикой и эволюционными процессами.

Геномный анализ симметрии подсолнечника

Чтобы получить более детальное генеалогическое древо, Ма и его коллеги объединили общедоступные и недавно созданные транскриптомы. Они также использовали обширную коллекцию обезжиренных геномов.

Этот инновационный подход включает в себя скимминг генома как из свежих, так и из высушенных образцов растений. В результате ученым удалось расширить анализ, включив в него 706 видов семейства подсолнечника.

«Наш увеличенный размер выборки позволил нам выявить больше тонких ветвей генеалогического древа подсолнечника. Это дерево с более высоким разрешением позволило нам реконструировать, где и когда развивались такие черты, как симметрия цветов, демонстрируя, что двусторонняя симметрия, должно быть, развивалась много раз независимо», — утверждает Ма.

Это более глубокое понимание не только освещает эволюционный путь подсолнухов, но и обогащает наши общие знания об эволюции растений.

Значение этого исследования выходит далеко за академические рамки. Семейство астровые, одно из крупнейших и наиболее экономически значимых семейств растений, включает более 28 000 видов. Многие из этих видов играют большую роль в сельском хозяйстве и садоводстве.

Более того, данные, полученные в результате понимания эволюционных взаимоотношений и генетических механизмов внутри этого семейства, могут помочь в разработке новых сортов растений.

Статья об исследовании была опубликована в журнале Plant Communications.