Ученые определили группу генов, ответственных за репродуктивные признаки цветка примулы обыкновенной (Primula vulgaris), важность которой впервые отметил Чарльз Дарвин более 150 лет назад.
Дарвин предположил, что некоторые виды растений с двумя разными формами цветка, у которых мужские и женские репродуктивные органы были разной длины, эволюционировали таким образом, чтобы способствовать скрещиванию насекомыми-опылителями.
Его новаторское понимание значения двух форм цветка, известных как «булавки» и «барабаны», ввел термин «гетеростилия», а последующие исследования внесли вклад в основу современной генетической теории.
И теперь ученые из Университета Восточной Англии, работающие в Центре Джона Иннеса, точно определили, какая часть генетического кода этих видов сделала их такими благодаря событию, которое произошло более 51 миллиона лет назад.
Профессор Филип Гилмартин из Школы биологических наук UEA сказал: «Выявление генов, которые контролируют биологию, отмеченную Дарвином, является захватывающим моментом. За последние десятилетия было проведено множество исследований для изучения генетической основы этого явления. но теперь мы определили непосредственно ответственный суперген, локус S».
Супергены представляют собой кластеры тесно связанных генов, которые всегда наследуются вместе как единое целое и позволяют контролировать сложную биологию. Исследователи работали с Институтом Эрлхэма, чтобы составить карту генов растения и секвенировать геном примулы, чтобы найти конкретный кластер генов, ответственный за создание различных морфов цветка.
Профессор Гилмартин сказал: «Мы не только идентифицировали суперген, но и обнаружили, что он специфичен только для одной из форм цветка, барабана. Это открытие имеет глубокие последствия для нашего понимания ключевой эволюционной инновации цветковых растений..
Понимание генетики, лежащей в основе развития цветка и размножения видов, расширяет наши знания обо всей системе опыления, лежащей в основе биоразнообразия и продовольственной безопасности.
С учетом таких проблем, как изменение климата и его воздействие на растения, сельскохозяйственные культуры и их насекомых-опылителей, еще более важно понимать механизмы опыления и то, как виды могут и будут реагировать.
В своей охоте за генами, контролирующими гетеростилию, исследователи также смогли датировать первоначальную мутацию 51,7 миллиона лет назад.
Найдя локус S, они поняли, что этот ген был близким родственником другого, идентифицированного шесть лет назад как ответственный за контроль идентичности лепестков цветка примулы.
В какой-то момент этот ген продублировался, вставился в локус S и мутировал, чтобы контролировать положение пыльника в цветке. Обнаружение этого дублированного гена позволило команде определить, как давно произошла мутация в первый раз.
Профессор Гилмартин большую часть своей карьеры исследовал происхождение гетеростилии. Он сказал: «Это исследование дает ответы на некоторые важные вопросы, которые задавались мне со времен Дарвина и мне с тех пор, как двадцать лет назад я купил свой первый пакет семян примулы».
Исследование «Генетическая архитектура и эволюция супергена локуса S у Primula vulgaris» опубликовано в журнале Nature Plants в пятницу, 2 декабря 2016 года.