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 в Telegram



Биосфера

В Science Advances опубликовали новые сведения о гибели динозавров
В Science Advances опубликовали новые сведения о гибели динозавров

Что уничтожило динозавров? Метеорит, упавший н...

BMC EE: Черепа змей показывают, как разные виды приспосабливаются к добыче
BMC EE: Черепа змей показывают, как разные виды приспосабливаются к добыче

Изучая форму черепа дипсадиновых змей, исследо...

JRSI: Ученый усомнился в способности пчел согреваться в улье зимой
JRSI: Ученый усомнился в способности пчел согреваться в улье зимой

Исследователь из Лидса стремится помочь п...

JCPB: Циркадные ритмы у медведей активны даже во время сна
JCPB: Циркадные ритмы у медведей активны даже во время сна

Согласно результатам генетического исследовани...

СПбГУ: Ученые обнаружили новый вид морских червей-паразитов
СПбГУ: Ученые обнаружили новый вид морских червей-паразитов

Зоологи из Санкт-Петербургского государст...

PNAS Nexus: Снег нужен снежным козам для защиты от укусов
PNAS Nexus: Снег нужен снежным козам для защиты от укусов

Таяние снега летом может сильно ударить по&nbs...

New Phytologist: Растения изобрели защиту от мутаций
New Phytologist: Растения изобрели защиту от мутаций

Без растительных митохондрий и хлоропласт...

Канистерапия одинаково утешает представителей обоих полов
Канистерапия одинаково утешает представителей обоих полов

Хотя существует ряд исследований, демонст...

Scientific Reports: Палеонтологи нашли останки древнейшего хищного плиозавра
Scientific Reports: Палеонтологи нашли останки древнейшего хищного плиозавра

Окаменелости древней морской рептилии возрасто...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature Geoscience: Ученые возвестили начало лунного антропоцена
Nature Geoscience: Ученые возвестили начало лунного антропоцена
NeuroImage: Найдено объяснение разного уровня эритроцитов в крови новорожденных
NeuroImage: Найдено объяснение разного уровня эритроцитов в крови новорожденных
PLOS ONE: Разработана система для предотвращения потери природных ресурсов
PLOS ONE: Разработана система для предотвращения потери природных ресурсов
Хирургия полезна для некоторых детей с легким нарушением дыхания во сне
Хирургия полезна для некоторых детей с легким нарушением дыхания во сне
PLOS ONE: Сойки и вороны по-разному реагируют на появление конкурентов
PLOS ONE: Сойки и вороны по-разному реагируют на появление конкурентов
Мозг новорожденных только кажется недоразвитым по сравнению с другими приматами
Мозг новорожденных только кажется недоразвитым по сравнению с другими приматами
PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?
PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?
Исследователи составили карту воздействия кетамина на мозг
Исследователи составили карту воздействия кетамина на мозг
Исследование показало, как важный белок сбалансировал клеточные мембраны
Исследование показало, как важный белок сбалансировал клеточные мембраны
AJT: Старые органы ускоряют старение получателей трансплантатов
AJT: Старые органы ускоряют старение получателей трансплантатов
Ученые предложили собирать воду из воздуха с помощью солнечной энергии
Ученые предложили собирать воду из воздуха с помощью солнечной энергии
В Science Advances опубликовали новые сведения о гибели динозавров
В Science Advances опубликовали новые сведения о гибели динозавров
JI: В-клетки вырабатывают антитела, которые подавляют аутоиммунный патогенез
JI: В-клетки вырабатывают антитела, которые подавляют аутоиммунный патогенез
Nature Comm: Робот, созданный по образу улитки, соберет микропластик в океане
Nature Comm: Робот, созданный по образу улитки, соберет микропластик в океане
Соленые иммунные клетки в мозге связаны с деменцией, вызванной гипертонией
Соленые иммунные клетки в мозге связаны с деменцией, вызванной гипертонией

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса