Почему цветковые растения завоевали Землю

Секвенирование Амбореллы поможет объяснить, почему цветковые растения завоевали Землю.

Недавно учёным удалось декодировать геном этого кустарника с кремовыми цветками, ближайшего из ныне существующих потомков первых цветковых растений на Земле.

Последовательность генов Амбореллы волосистоножковой [Amborella trichopoda] поможет разобраться в генетических адаптациях, которые позволили цветковым растениям появиться и завоевывать мир около 160 миллионов лет назад – совершив эволюционный взрыв, описанный Чарльзом Дарвином как «гадкая тайна».

Почти все, что связано с Амбореллой является пищей для шутливой игры в загадки среди ботаников. Это растение встречается только в 18 известных местах на главном острове Новой Каледонии Гранд-Тер в южной части Тихого океана, и больше нигде на Земле.

Репродуктивные структуры растения расположены в листочках околоцветника – являющихся чем-то средним между лепестками и похожими на листья опорными конструкциями называемыми чашелистиками.

Амборелла является единственным видом своего рода, семейства и порядка. «Филогенетически, это растение является настоящим эквивалентом утконоса и однопроходных яйцекладущих животных», говорит Клод деПамфилис, биолог эволюционист Пенсильванского университета в Юниверсити-Парк, участвующий в проводимом в рамках Проекта Геном Амбореллы исследовании.

Результаты совместной работы учёных были опубликованы в трех статьях в журнале Science today.

Так же, как геном утконоса позволяет взглянуть на то, как появились млекопитающие, Амборелла дает возможность понять те изменения, которые помогли цветковым растениям, или покрытосеменным, диверсифицироваться от общего предка с голосеменными – еще одним значительным родом растений, в который входят такие хвойные деревья как, например, ели
.
Сравнения геномов Амбореллы и других растений наводит на мысль, что древний предок цветковых растений получил дубликат его генома, черту, известную как полиплоидия. Как известно, многие покрытосеменные, являются полиплоидными – картофель, например, несёт в себе от двух до шести копий каждой хромосомы.

Но дублирование Амбореллы предшествует всем другим полиплоидам, говорит деПамфилис, возглавлявший команду в 2011 году, когда учёным удалось вывести этот древний вид дублирования из более ограниченного объёма генетических данных.

Дублирование могло бы стимулировать диверсификацию и распространение цветковых растений, обеспечивая эволюции дополнительную копию каждого гена, с которой можно было поиграть, получая новые функции, – высказывает своиё предположение деПамфилис.

Как показывает анализ генома Амбореллы, происхождение цветов – характерной черты покрытосеменных – можно объяснить целым набором генов, которые появились, когда покрытосеменные отделились от голосеменных.

В геномах голосеменных около четверти участвовавших в цветение генов не обладали очевидными аналогами, в то время как остальные три четверти существовали у общего предка обеих линий растений.

Анализ, проведённый командой учёных, дает представление об эволюции сложных семян, цветочных ароматов и других особенностей цветковых растений.

Кейт Адамс, молекулярный генетик растений из Университета Британской Колумбии в Ванкувере, Канада, полагает, что идея о том, что дублирование генома помогло цветковым растениям диверсифицироваться, представляет собой «интригующую гипотезу – которую, к сожалению, невозможно доказать».

Ботаники, изучающие другие растения, наверняка смогут воспользоваться информацией по геному Амбореллы в качестве ориентира для определения и изучения семей генов других растений, в том числе и сельскохозяйственных культур.

Команда деПамфилиса также изучила всё генетическое разнообразие Амбореллы, выявив на Гранд-Тере четыре различных популяции.

Возможно, когда-то эти растения были распространены более широко по всей Новой Каледонии и за ее пределами, и сегодня наши усилия должны быть направлены на сохранение хотя бы того многообразия, которое осталось. Всё-таки это очень особенное растение.