Тесная генетическая связь генов, вызывающая гибридный некроз и изоляцию опылителей между молодыми видами.

Nature Plants, том 9, страницы 420–432 (2023 г.) Процитировать эту статью

4021 Доступов

1 Цитаты

16 Альтметрика

Подробности о метриках

Механизмы репродуктивной изоляции, вызывающие фенотипическую диверсификацию и, в конечном итоге, видообразование, являются основной темой эволюционных исследований. Гибридный некроз — механизм постзиготической изоляции, при котором гибель клеток развивается в отсутствие патогенов. Это часто происходит из-за несовместимости белков двух родителей. Здесь мы описываем уникальный случай гибридного некроза из-за несовместимости локусов на хромосомах 2 и 7 между двумя видами петунии, изолированными опылителями. В некротической линии индуцируются типичные иммунные реакции, а также стрессовые реакции эндоплазматического ретикулума. Локус на хромосоме 2 кодирует ChiA1, бифункциональную хитиназу/лизоцим GH18. Ферментативная активность ChiA1 необязательна для развития некроза. Мы предполагаем, что чрезвычайно высокая экспрессия ChiA1 включает петлю положительной обратной связи между локусами на хромосомах 2 и 7. ChiA1 тесно связан с основными генами, участвующими в адаптации к различным опылителям, что является формой презиготической изоляции. Эта связь пре- и постзиготических барьеров усиливает репродуктивную изоляцию и, вероятно, способствует быстрой диверсификации и видообразованию.

Видообразование зависит от эволюции репродуктивных барьеров, которые уменьшают поток генов между ранее скрещивавшимися популяциями1,2,3. У растений изоляция, опосредованная опылителями, представляет собой решающий барьер презиготической изоляции4. Предпочтения отдельных классов опылителей в отношении набора цветочных признаков, таких как цвет, морфология, запах и производство нектара, считаются движущей силой быстрой диверсификации покрытосеменных растений5. Эти совпадающие наборы цветочных признаков называются синдромами опыления. Однако предпочтение опылителем того или иного типа цветка редко бывает абсолютным, и часто наблюдается гибридизация между (зарождающимися) видами. Таким образом, видообразование растений обычно предполагает накопление множества репродуктивных барьеров3.

У растений гибридный некроз (HN) представляет собой барьер постзиготической изоляции, при котором у гибридов наблюдаются некротические листья и плохой рост6,7. Многие из зарегистрированных случаев были вызваны вредными эпистатическими взаимодействиями между аллелями в двух или более локусах, создающими барьер после спаривания, который снижает приспособленность гибридов, но не родителей8. HN часто включает гены, кодирующие компоненты иммунной системы9,10. Например, многие зарегистрированные случаи HN у Arabidopsis обусловлены неправильными комбинациями белков нуклеотидсвязывающего домена с богатыми лейцином повторами (NLR), которые являются ключевыми игроками в иммунной системе как растений, так и позвоночных животных11,12,13,14.

Ранее нами были изучены генетические основы эволюции синдромов опыления у южноамериканского рода Petunia (Solanaceae). Петуния подмышечная (P. axillaris) широко распространена на юге Южной Америки, тогда как петуния exserta (P. exserta) является высокоэндемичным видом, который встречается исключительно в затененных убежищах в регионе Гуаритас штата Риу-Гранди-ду-Сул, Бразилия15. P. axillaris имеет белые ароматные цветы, поглощающие ультрафиолет (УФ), и опыляется ястребами16,17, тогда как P. exserta имеет красные цветки без запаха с выступающими тычинками и рыльцем и опыляется колибри15,18. Было обнаружено, что отдельные гены, лежащие в основе локусов основных количественных признаков (QTL) поглощения УФ-излучения (MYB-FL), производства запаха (CNL1) и длины пестика (EOBII), тесно связаны в так называемой супергенной области на хромосоме 219,20,21. , 22. Считается, что такая тесная генетическая связь препятствует исчезновению синдромов опыления путем рекомбинации. Считается, что эти два вида произошли недавно от общего предка, который, скорее всего, был опылён бражником23,24,25. Естественные гибриды присутствуют в нескольких местах региона Гуаритас, где эти два вида являются симпатическими, что указывает на то, что репродуктивные барьеры неполные18,25,26.