Изучение цветовых узоров диких цветов в горной долине дало ключ к пониманию того, как природа контролирует фундаментальные эволюционные изменения во всех видах.
Команда из Центра Джона Иннеса, изучающая львиный зев (Antirrhinum majus), обнаружила новый эволюционный «трюк», который помогает использовать цветовые схемы, которые наиболее четко указывают точку входа цветка для пчел-опылителей.
Новая статья показывает, что недавно возникший генетический механизм, известный как шпилька, впервые был идентифицирован в природе. Профессор Энрико Коэн из Центра Джона Иннеса говорит, что это застало команду «полностью врасплох».
«Мы изучали эти популяции антирринума в течение 17 лет, и мы были поражены этим», - сказал он. «Это новый тип эволюционного механизма, о котором догадывались, но никто на самом деле не показал, что он происходит в дикой природе».
"Если вы когда-нибудь задавались вопросом, почему животные и растения разные, то это открытие развивает наше понимание того, как природа поддерживает разнообразие, заставляя виды отличаться друг от друга."
Открытие было сделано в любопытном месте в Пиренеях, где сходятся две популяции видов львиного зева: одна пурпурная с желтыми бликами (Antirrhinum pseudomajus), другая желтая с пурпурными бликами (Antirrhinum striatum).
Между этими двумя типами находится гибридная зона, в которой цветы демонстрируют смешанные черты соседних популяций. Анализируя их гены, группа профессора Коэна пришла к выводу, что цветы в этой области дают меньше семян и потомства по сравнению с соседями по обе стороны.
Четкие цветовые различия между популяциями указывают на то, что что-то мешает генам, влияющим на цвет, распространяться среди популяций.
Команда сосредоточила свое исследование на гене под названием SULF, который фокусирует желтый пигмент у львиного зева. У пурпурных львиных зевов этот ген создает маленькое желтое пятно, которое четко отмечает точку входа для пчел.
Все цветы указывают точки входа для опылителей. Наиболее эффективно использовать цветовые комбинации, которые позволяют им выделиться. Опылители предпочитают цветы с четко обозначенными точками входа, что дает эволюционное преимущество тем, у кого хорошие указатели.
Новые генетические методы, использованные доктором Десмондом Брэдли из Центра Джона Иннеса, выявили неожиданную структуру генома, в которой две копии гена «перевернулись», чтобы создать шпильку.
Дальнейшие исследования показали, что шпилька генерирует малые РНК (химический родственник ДНК), которые ограничивают выработку желтого пигмента пурпурными цветами.
Профессор Тамас Далмей из Университета Восточной Англии, исследования которого способствовали исследованию, сказал: «Мы знали, что малые РНК регулируют экспрессию генов, потому что в растениях есть сотни так называемых микроРНК. Эти микроРНК производят одну малую РНК. и они играют важную роль в развитии растений. Однако мы впервые обнаружили, что шпилька превращается в микроРНК, где малые РНК управляют эволюцией признака в природе».
Исследование популяционной генетики показало, что шпилька присутствовала у пурпурных цветков, встречалась в некоторой степени в гибридной зоне и отсутствовала у желтых популяций.
Команда считает, что существование и распространение нового механизма свидетельствует о недавно возникшем природном явлении. Управляя определенными характеристиками, он поддерживает разнообразие двух популяций, которые независимо друг от друга нашли решение для репродуктивного успеха.
"Это похоже на пограничный контроль, удерживающий там границу", - объясняет профессор Коэн: "Гены желтого цвета в данном случае не имеют права переходить из одной популяции в другую.
"Историческое различие между участками по обе стороны долины поддерживается естественным отбором в гибридной зоне."
Львиный зев получил свое общее название из-за сходства цветов с лицом дракона, который открывает и закрывает пасть при сжатии. Эти находки заинтересуют многих садоводов, которые выращивают львиный зев, чтобы добавить красок в травянистые бордюры.
В целом, они дают глубокое понимание природы эволюции и изменений в популяциях растений, животных и человека.