Львиный зев - это очаровательные высокие растения с яркими цветами. В Испании, где львиный зев растет в дикой природе, эти цветки демонстрируют замечательную закономерность: когда вы едете по дороге из Барселоны в Пиренеи, львиный зев вида Antirrhinum majus расцветает пурпурным цветом в начале дороги, перед популяцией желтых цветущих львиных зевов. берет верх, разделенный всего лишь двухкилометровым отрезком, на котором смешиваются цвета цветов. Такие гибридные зоны львиного зева встречаются довольно редко; известны лишь некоторые другие. Но почему львиный зев не смешивается с желтыми и пурпурными цветами, растущими вместе на обширной территории? Ник Бартон из Австрийского института науки и технологий (IST Austria) вместе с Дэвидом Филдом, ранее постдокторантом в группе Бартона, а ныне доцентом Венского университета, сотрудничали с молекулярными генетиками в Центре Джона Иннеса в Норвиче, чтобы исследовать причины этого узора. В сегодняшнем выпуске PNAS ученые сообщают, что они идентифицировали гены, ответственные за разницу в цвете цветов, на основе данных о последовательности ДНК.
«Секвенирование ДНК становится все дешевле и дешевле. Но анализ данных о последовательности и интерпретация наблюдаемых паттернов очень сложны, - объясняет Ник Бартон. - В этом исследовании мы использовали данные о последовательности растений Antirrhinum, чтобы найти отдельные гены, которые ответственны за разницу в окраске цветков в гибридной зоне. Исследователи сравнили последовательность генома 50 львиных зевов каждого цвета и измерили, насколько последовательности различаются между пурпурными и желтыми популяциями львиного зева. больше различаются между желтым и пурпурным львиным зевом, чем остальная часть генома. У львиного зева эти островки соответствуют генам, ответственным за окраску цветка. Недавняя статья посвящена двум из этих генов, которые определяют пурпурный пигмент и расположены близко друг к другу на геном.
Как сохраняется резкая разница между желтой и пурпурной популяциями, было предметом докторской диссертации Тома Эллиса в лаборатории Ника Бартона. Путем наблюдений как в полевых условиях, так и в экспериментах в IST Austria он обнаружил, что пчелы предпочитают опылять наиболее распространенные цветные цветы в популяции: в пурпурных популяциях пчелы в основном опыляют пурпурные цветы, в желтых популяциях пчелы в основном опыляют желтые цветы. Этот отбор в пользу наиболее распространенного типа сохраняет резкость гибридной зоны и предотвращает обмен генами, связанными с генами окраски цветка.
В текущем исследовании ученые хотели узнать, чем отличаются две популяции львиного зева. Они обнаружили две причины, по которым популяции львиного зева расходятся по генам окраски цветков. Во-первых, отбор отдавал предпочтение новым вариантам генов окраски, которые делают цветы более привлекательными для пчел, заставляя эти гены проникать в популяцию и оставляя четкий сигнал в последовательностях ДНК. Во-вторых, гены цветка становятся барьерами для обмена генами. Любые гены, расположенные рядом с генами цветка или даже между генами цветка, не могут быть легко заменены между популяциями, и поэтому область генома вокруг генов, определяющих окраску цветка, становится дивергентной.
"Даже при наличии большого количества данных о последовательностях ДНК часто бывает трудно точно определить, почему виды отличаются друг от друга. Наше исследование является кульминацией многолетней работы, сочетающей полевые исследования и популяционную генетику с генетическими скрещиваниями и анализом экспрессии генов, ", - объясняет Ник Бартон.