В следующий раз, когда вы откусите от этого идеального, сладкого и сочного арбуза, вы, возможно, захотите оценить, что это продукт миллионов лет эволюции в процессе создания.
На самом деле, уникальный вкус и особые свойства семейства растений, в которое входят тыквы, бахчевые культуры и арбузы, возможно, обязаны древним событиям.
Восхитительные плоды этого семейства, известные как растения Cucurbitaceae, имеют большое биологическое, экономическое и сельскохозяйственное значение, насчитывая почти 1000 видов и занимая четвертое место среди самых прибыльных товарных культур.
В последнее время ученые добились больших успехов в лучшем понимании геномов огурца, арбуза и дыни.
После завершения этих проектов исследовательская группа под руководством Сийина Вана, профессора Северо-китайского университета науки и технологии, провела первое крупное сравнительное геномное исследование структуры их генома и эволюции.
После реконструкции эволюционных деревьев и тщательного сравнения общих генов между растениями Cucurbitaceae исследовательская группа неожиданно нашла первое свидетельство древнего события дупликации всего генома. Это типичное для тыквенных удвоение хромосом (тетраплоидизация) произошло после события утроения (гексаплоидия) цветковых растений (эвдикотов) около 107-118 миллионов лет назад (млн лет назад), которое затронуло все тыквенные и основные растения эвдикоты.
«Эти повторяющиеся события дупликации генома призваны объяснить быстрое расхождение и успех семян и цветковых растений на этой планете», - сказал Ван, соответствующий автор исследования.«Это может быть ключевым фактором, объясняющим, почему у растений геномы намного сложнее, чем у животных. На самом деле это может быть результатом естественного отбора, когда растениям приходится выдерживать суровые факторы окружающей среды в нише без какого-либо укрытия. быть адаптированы к меняющейся среде, они должны относительно быстро развивать функциональные инновации в своих геномах».
Полиплоидизация, подобная той, которую мы показали в нашем исследовании, часто приводит к появлению тысяч дуплицированных генов и многочисленным хромосомным перестройкам, даже реструктуризации всего генома, и последующим мутациям ДНК, которые предоставляют огромные геномные возможности для функциональных инноваций. Это даже отвечает на «отвратительную тайну» Чарльза Дарвина - происхождение и быстрое расхождение цветковых растений всего за несколько миллионов лет».
Кроме того, используя виноград в качестве группы выбросов для своего сравнительного исследования (которая разошлась раньше), они также оценили время основных эволюционных расхождений. По их оценкам, растения тыквы отделились от винограда ~121-145 млн лет назад, арбуз отделился от огурца и дыни ~25-29 млн лет назад, а дыня и огурец отделились ~14-16 млн лет назад.
Идентификация события удвоения хромосом послужила закладке основы для расширения ключевых функциональных семейств генов, которые придают каждому из них свои уникальные черты, особенно для новых функций генов, регуляции метаболизма, горечи и устойчивости к болезням. При сравнительном анализе секвенированных геномов было обнаружено, что огурцы имеют наибольшее количество генов устойчивости (804), которые варьируются от 37 до 666 копий в разных семьях. Эти геномные события включают такие механизмы, как потеря генов, хромосомные перестройки и функциональное расхождение в этом важном ботаническом семействе.
Они также смогли измерить скорость эволюции различных тыквенных растений и обнаружили, что дыни развиваются медленнее всего, а арбуз и огурец быстрее на 23,6% и 27,4% соответственно.
Их анализ установил золотой стандарт, который будет способствовать расшифровке новых секвенированных сложных геномов, особенно растений.
Исследование группы также послужит для поддержки будущих исследований в исследовательском сообществе Cucurbitaceae, например, устойчивости к болезням и вредителям при выращивании сельскохозяйственных культур и за их пределами.