Отличительные генетические различия определяют вариации признаков полевых цветов в зависимости от опылителей, показало новое исследование

Специалисты Университета Южной Каролины (University of South Carolina, USC) обнаружили, что уникальные характеристики полевых цветов, известные как "синдромы опыления", зависят от небольшого числа ключевых генетических различий. Эти вариации признаков специально приспособлены для того, чтобы удовлетворять потребности различных животных-опылителей, таких как насекомые или птицы.

Эволюционные адаптации у пенстемонов

Одним из примеров таких синдромов опыления может служить род Penstemon. В то время как большинство видов этого рода имеют широкие голубые цветки, которые служат местом посадки пчел, у некоторых видов развились узкие красные трубчатые цветки, привлекающие колибри для опыления.

Североамериканский род Penstemon представляет особый интерес благодаря удивительной конвергенции флористических синдромов. С течением времени по меньшей мере 20 отдельных линий эволюционировали от предкового синдрома пчелиного опыления к синдрому опыления колибри.

Цель исследования

Исследователи были заинтересованы в изучении геномной основы дивергенции сложных признаков у родственных таксонов, различающихся по флористическому синдрому. Они стремились понять, как генетически сохраняются эти отличительные синдромы опыления.

Методология исследования

Для изучения этого вопроса команда секвенировала ДНК 229 растений трех родственных видов рода Penstemon: P. neomexicanus и P. virgatus, которые опыляются пчелами, и P. barbatus, приспособленного к опылению колибри.

Основные выводы

Несмотря на значительные различия в цветочных признаках, исследователи обнаружили лишь небольшое число генетических различий между P. barbatus и его пчелоопыляемыми родственниками. Удивительно, но растения, произрастающие в одной географической близости, показали большее генетическое сходство по сравнению с растениями из разных мест, независимо от вида. Это позволяет предположить, что происходит генетическое смешение между полевыми цветами, приспособленными к опылению как пчелами, так и колибри.

Тем не менее, исследователи выявили 21 участок, по которым наблюдались постоянные различия между видами с разными опылителями. Эти участки были рассредоточены по всему геному, что указывает на большую вероятность нарушения комплементарных флористических признаков в результате рекомбинации, что приведет к появлению гибридов с пониженной успешностью.

Более того, три из выявленных генетических вариаций были расположены вблизи геномных областей, определяющих окраску, ширину и объем нектара цветка - признаки, характерные для различных синдромов опыления.

Последствия исследования

Данное исследование свидетельствует о случайной гибридизации между соседними видами Penstemon, опыляемыми пчелами и колибри. Оно также подчеркивает интенсивное давление отбора, направленное на сохранение признаков цветка, адаптированных к каждому виду опылителей.

"Хотя виды, опыляемые пчелами и колибри, легко отличить в полевых условиях по безошибочным различиям в цветках и общем росте растения, на генетическом уровне эти виды различаются по удивительно малому числу генетических регионов", - заключила Каролин Вессингер, доцент кафедры эволюции и биологии растений Университета Южной Калифорнии.

Результаты этого исследования опубликованы в журнале PLoS Biology.