Современный киви, член семейства китайского крыжовника, содержит примерно столько же витамина С, сколько апельсин. Это дополнительное увеличение производства витамина С является результатом спонтанного дублирования ДНК предков киви в ходе двух отдельных эволюционных событий примерно 50-57 миллионов и 18-20 миллионов лет назад, как сообщается 20 сентября в журнале iScience.
«Полиплоидия - это внезапное эволюционное событие, которое производит тысячи дополнительных копий генов за одну ночь», - говорит старший автор Сийин Ван, специалист по сельскохозяйственным растениям из Северо-китайского университета науки и технологий.«Эти дополнительные копии могут значительно повысить устойчивость растения, давая возможность естественному отбору со временем подрезать и перепрограммировать его биологическую систему».
Чтобы обнаружить следы полиплоидии, исследователи сравнили геном киви с хорошо изученными геномами кофе и винограда. Киви, кофе и виноград имеют общего предка и, таким образом, имеют большое количество генетической информации.
Когда Ван и его команда сопоставили тысячи генов, общих для трех растений, они обнаружили, что геном киви часто содержит четыре или пять копий гена в местах, где кофе или виноград имеют только одну. Дополнительные гены киви включали в себя биологические инструкции по созданию и повторному использованию витамина С.
Витамин С не только полезен для людей, он также способствует росту растений и устойчивости к повреждениям, поэтому превосходное производство витамина С в киви дало ему преимущество в эволюционной игре. Напротив, преимущество кофейных зерен, вероятно, заключалось в их способности производить кофеин, природный пестицид, который также может убивать конкурентов соседних растений, тогда как химическое вещество, производящее пурпурный пигмент винограда, скорее всего, эволюционировало для защиты растения от экстремальных температур.
Ванг и его команда также обнаружили, что два эволюционных события, скорее всего, были связаны с событием аутополиплоидизации, что означает, что киви продублировали свои собственные гены, а не с событием аллополиплоидизации, которое является результатом межпородного скрещивания. Например, такие растения, как бананы, картофель и сахарный тростник, являются автополиплоидными, а пшеница, хлопок и клубника - аллополиплоидными. Авторы отмечают, что больше культур являются аллополиплоидными, чем автополиплоидными.
Люди могут научиться у киви копировать важные для питания гены. Искусственное копирование определенных генов может помочь ученым-аграриям выращивать более питательные или устойчивые к болезням продукты.
«Наше исследование расшифровало структуру и эволюцию генома киви», - говорит Ван. «Киви - один из важных фруктов, богатых витамином С. Понимание его геномной структуры может помочь нам манипулировать его генами, чтобы производить более питательные киви».
Команда Вана продолжит расшифровку геномов киви и других растений. Они планируют исследовать больше генов, которые можно было бы скопировать, чтобы производить больше фруктов и овощей.