В растительном мире, когда скрещиваются два разных вида, их потомство часто не выживает. Причина кроется в их ДНК: несовместимые гены часто смешиваются в потомстве, вызывая фатальный сбой, известный как гибридная летальность, который действует как репродуктивный барьер, удерживающий виды раздельно. Но есть и другой механизм, который играет в пользу гибридизации.
Исследовательская группа под руководством аспиранта Шоты Нагаи и доцента Такахиро Тезуки из Высшей школы сельского хозяйства Осакского столичного университета, используя растения табака и их диких родственников, изучила, что происходит, когда два вида с долгой эволюционной историей пытаются гибридизироваться. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Plant Science.
Неожиданное выживание гибридных сеянцев
Как и ожидалось, многие из получившихся сеянцев погибли вскоре после прорастания, побурели и засохли из-за гибели гибридов. Однако, несмотря на это, выжило большее, чем предполагалось, количество гибридов, которые нормально развивались.
Тщательно скрестив культурный табак (Nicotiana tabacum) с диким видом (Nicotiana amplexicaulis), ученые отслеживали, какие сеянцы выжили, а какие погибли. Затем они изучили ДНК растений, сосредоточившись на двух генах, которые, как известно, вызывают гибридную летальность при взаимодействии; по одному гену от каждого родительского вида.
Они обнаружили, что у многих выживших гибридов один из летальных генов исчез. Это исчезновение, по-видимому, было результатом процесса перетасовки генов, известного как геномный шок.
Геномный шок и разрушение барьеров
Когда два совершенно разных генома внезапно сливаются, возникающая нестабильность может вызвать масштабные генетические изменения, такие как перестройки, подавление или даже удаление целых участков генов. В данном случае эта перетасовка устранила генетический триггер, который обычно уничтожал бы гибрид.
«Это открытие ставит под сомнение давно устоявшееся предположение о том, что гибридная несовместимость является фиксированной. Напротив, сам акт гибридизации может разрушить генетические барьеры, призванные предотвратить его», — сказал профессор Тезука.
Данное исследование имеет практическое значение, поскольку селекционерам растений часто бывает сложно объединить полезные признаки, такие как устойчивость к болезням или засухе, у разных видов.
Что это значит для селекции растений?
Понимание того, как геномный шок устраняет генетические препятствия, может открыть новые пути для улучшения сельскохозяйственных культур, преодолевая репродуктивный барьер, который обычно препятствует смешиванию разных видов. Когда этот барьер преодолевается, растения могут смешивать гены разных видов, что в конечном итоге может привести к созданию новых видов.
«Ожидается, что это исследование станет отправной точкой для преодоления репродуктивной изоляции и достижения гибридного разведения. В селекции растений гибридизация — процесс скрещивания генетически различных растений для обмена генами — широко практикуется как фундаментальный метод. В гибридизации межвидовые скрещивания проводятся не только между различными штаммами одного вида, но и для использования более разнообразных вариаций. Эти результаты показывают, как это можно безопасно осуществить», — сказал профессор Тезука.
Гибридизация играет важную роль в эволюции дикорастущих цветов и сельскохозяйственных культур. Если геномный шок нейтрализует летальные комбинации генов, это может помочь объяснить, как быстро возникают новые виды растений, особенно когда ранее изолированные виды вступают в контакт друг с другом.
Источник: Osaka Metropolitan University. На фото: слева жизнеспособный гибрид; справа погибший гибрид. Источник: Осакский столичный университет.