Растения-мутанты после атаки растут быстрее и размножаются чаще других растений

Растения не подвергаются воздействию травоядных без защитных механизмов. Когда насекомое питается листом, травмируя его и выделяя секрет, в растении запускается сигнальный каскад, который обычно начинается с быстрого увеличения количества растительного гормона жасмоновой кислоты и ее активного конъюгата изолейцина.

Жасмоновая кислота регулирует различные реакции в растениях, включая защиту от травоядных и реакцию на экологический стресс.

Мутанты с неблагоприятными свойствами не обязательно исчезают

Важным тезисом эволюционной теории является естественный отбор и вывод о том, что мутанты с неблагоприятными свойствами исчезают вновь. Однако исследователи из Института химической экологии Макса Планка в Йене провели наблюдения на диком виде табака Nicotiana attenuata, известном также как табак оттянутый, которые противоречат этому предсказанию.

Двадцать лет назад ученые провели полевые испытания табачных растений с приглушенными защитными сигналами в их естественной среде обитания — пустыне Great Basin в американском штате Юта. Генетически модифицированные растения привлекали листовых попрыгунчиков рода Empoasca, которые не встречались на растениях дикого типа, защитные функции которых не были нарушены. В то же время исследователи заметили, что в природных популяциях на некоторых особях также наблюдаются повреждения, вызванные листовыми воронками.

Это свидетельствует о том, что естественные защитные механизмы этих растений были нарушены. Однако группа исследователей также обнаружила, что другие мутанты с нарушенными защитными механизмами, подвергавшиеся в полевых условиях воздействию лишь небольшого количества травоядных, росли значительно быстрее, чем те, у которых защитные сигналы не были нарушены. Однако в годы высокого давления травоядных мутанты подвергались настолько сильным атакам, что не выживали и не могли размножаться.

Эти результаты натолкнули нас на мысль о том, что природные популяции Nicotiana attenuata могут содержать естественные мутанты в сигнальном пути защиты и что эти мутанты поддерживаются в природных популяциях за счет компромисса между давлением отбора, связанным с ростом и защитой, — сказал руководитель исследования Иан Болдуин, объясняя предыдущие наблюдения, положенные в основу исследования.

Для проверки этой гипотезы группа Иэна Болдуина создала так называемую популяцию MAGIC, которая охватывает значительную часть генетического разнообразия всего вида Nicotiana attenuata в селекционной популяции с гомогенизированным генетическим фоном.

Для создания этой популяции потребовалось в течение трех десятилетий провести скрининг сотен природных образцов растений из коллекций семян, собранных в различных местах пустыни Грейт-Бейсин, чтобы в итоге отобрать 26 очень разных родительских линий, которые скрещивались друг с другом в течение десяти лет очень структурированным образом. Результатом этих скрещиваний стала популяция MAGIC (multi-parent advanced generation inter-cross).

Кроме того, исследователи создали высококачественный когерентный эталонный геном.

Приоритет роста и размножения над защитой становится преимуществом в годы с низким давлением травоядных.

С помощью этого набора данных ученые смогли точно картировать генетическую основу повышенной восприимчивости к травоядным и варьирования уровня конъюгата жасмоновой кислоты и найти причинную мутацию в геноме.

У растений Nicotiana attenuata вариации в гене JAR влияют на уровень накопления конъюгата жасмоновой кислоты. Мутация в этом гене приводит к снижению его уровня по сравнению с нормальными растениями. Мутанты отдают приоритет росту и размножению, а не защите, что делает их более восприимчивыми к атакам насекомых, но потенциально позволяет им быстро расти и производить больше потомства, — говорит первый автор исследования Ришав Рэй.

Кроме того, исследователи продемонстрировали, что мутация в одном гене, отвечающем за сигналы защиты растений, сохраняется в популяции не менее 10 лет, а надежная генетическая сеть может компенсировать дефицит защиты, позволяя мутантам выживать в природе.

Генетические мутации происходят постоянно и, по большому счету, распределены по геномам случайным образом. Чаще всего эти мутации являются губительными, но иногда они обусловливают появление у мутантов полезных признаков, способствующих выживанию в определенных условиях. В этом случае, как показано в настоящей работе, основная мутация может быть частью надежной генетической сети и приводить к накоплению других мутаций с большим эффектом. Это увеличивает генетическое разнообразие в природных популяциях, что важно для их долгосрочного выживания и успешной жизнедеятельности в быстро меняющихся условиях нашей планеты.

В условиях быстро меняющегося климата планеты крайне важно понять и определить, каким образом естественные процессы поддерживают генетическое разнообразие, чтобы мы могли найти более эффективные способы защиты и сохранения оставшегося биоразнообразия на нашей планете, — подчеркивает важность полученных результатов Иэн Болдуин.

Решающее значение для успеха исследования имели обширные популяционные выборки, проведенные 30 лет назад в пустыне Great Basin ученым, который на протяжении десятилетий изучал стратегии выживания этого дикого вида табака. Исследование показывает, что даже по прошествии многих лет сбор и хранение таких образцов может оказаться ценным, и подчеркивает важность финансирования таких долгосрочных исследовательских проектов.

21.08.2023

Подписаться: Телеграм | Дзен | Вконтакте


Биосфера

Nature: Как летал первый динозавр-птица
Nature: Как летал первый динозавр-птица

Археоптерикс — это окаменелост

Как бактерии и гены помогают выращивать больше еды
Как бактерии и гены помогают выращивать больше еды

Биотехнологии в сельском хозяйстве &...

Ученые раскрыли хитрую тактику клопа-убийцы пчел
Ученые раскрыли хитрую тактику клопа-убийцы пчел

Умение использовать инструменты раньше считало...

У орангутанов-матерей разный стиль воспитания детенышей
У орангутанов-матерей разный стиль воспитания детенышей

Исследователи из Института поведения живо...

Ученые нашли растения, которые эволюционируют за одну жизнь
Ученые нашли растения, которые эволюционируют за одну жизнь

Около 3,7 миллиардов лет назад цепочка ам...

Неуклюжий гений: почему полет бабочек — эталон для роботов
Неуклюжий гений: почему полет бабочек — эталон для роботов

Траектории полета бабочек кажутся хаотичными&n...

Как ехидны выращивают детенышей в бактериальном коконе
Как ехидны выращивают детенышей в бактериальном коконе

Исследователи из Университета Аделаиды вы...

Танцы в воде: зачем фламинго топчутся и щелкают клювами
Танцы в воде: зачем фламинго топчутся и щелкают клювами

Фламинго, стоящие в мелком щелочном озере...

Дикие шимпанзе не знают, что такое трудное детство
Дикие шимпанзе не знают, что такое трудное детство

Вы задумывались, как отношения с род...

Нейросеть определяет породу свиней без ошибок
Нейросеть определяет породу свиней без ошибок

Ученые придумали новый способ изучать геном жи...

Почему некоторые цветы меняют цвет и опылителей
Почему некоторые цветы меняют цвет и опылителей

Несколько лет назад ученые, изучая дикие ...

20 лет исследований доказали: птицы умеют дружить
20 лет исследований доказали: птицы умеют дружить

Люди, не связанные кровными узами, часто ...

Хищные рыбы независимо развили одинаковые челюсти
Хищные рыбы независимо развили одинаковые челюсти

Лучшая челюсть для охоты на быструю ...

Не мать, а броня: почему этот паук захватывает города
Не мать, а броня: почему этот паук захватывает города

Ученые выяснили, что забота о потомс...

Лес без тигра — углерод на ветер
Лес без тигра — углерод на ветер

Когда в лесу нет крупных хищников вр...

Между вашей зрелостью и спелым помидором много общего
Между вашей зрелостью и спелым помидором много общего

Ученые выяснили, что помидоры созревают п...

Предок тираннозавра рекса пришел из Азии
Предок тираннозавра рекса пришел из Азии

Тираннозавр рекс появился в Северной Амер...

Почему попугаи в больших стаях кричат разнообразнее
Почему попугаи в больших стаях кричат разнообразнее

В парках Барселоны слышны крики ярко-зеленых п

Не там искали: возраст динозавров оказался под вопросом
Не там искали: возраст динозавров оказался под вопросом

Ученые из Университета Макгилла выяснили,...

Как ИИ помогает изучать и защищать природу
Как ИИ помогает изучать и защищать природу

Ученые из Университета Макгилла выяснили:...

Поиск на сайте

ТОП - Новости мира, инновации

Ученые впервые смоделировали химические реакции на квантовом компьютере
Ученые впервые смоделировали химические реакции на квантовом компьютере
Прошла первая пересадка стволовых клеток от умершего донора пациенту с лейкозом
Прошла первая пересадка стволовых клеток от умершего донора пациенту с лейкозом
Ученые нашли в данных 30-летней давности тектонический пульс Венеры
Ученые нашли в данных 30-летней давности тектонический пульс Венеры
ИИ предупреждает поломки в системах связи
ИИ предупреждает поломки в системах связи
Новый метод терапии СМА работает безопасно и заранее — еще в утробе
Новый метод терапии СМА работает безопасно и заранее — еще в утробе
Приватность — не священная корова: что показал эксперимент MIT
Приватность — не священная корова: что показал эксперимент MIT
МРТ сердца выявляет скрытую генетическую болезнь
МРТ сердца выявляет скрытую генетическую болезнь
Наночастицы усиливают ультразвуковое разрушение опухоли
Наночастицы усиливают ультразвуковое разрушение опухоли
Загрязнение воздуха повышает риск эпилепсии
Загрязнение воздуха повышает риск эпилепсии
Запутанность не распутать: почему квантовый мир сопротивляется простым решениям
Запутанность не распутать: почему квантовый мир сопротивляется простым решениям

Новости компаний, релизы

От школьных проектов до заводских решений: чем живет нефтехимия в Нижнекамске
Три кита стабильности и цифровой рубль: о чем говорили на Альфа-Саммите
Бактерии против грибов: как наука защищает картофель без химии
Овцы вместо мышей: как ученые нашли новый способ тестировать материалы для зубов
Пробирки, зелень и взрывы: фестиваль для тех, кто любит науку