Šis darbas galėtų padėti mokslininkams suprasti, kas nutiks žydintiems augalams, tarp kurių yra dauguma žmonių vartojamų kultūrinių augalų, kai klimatas keičiasi ir organizmai patiria dar vieną aplinkos sukrėtimą.
„Visų genomų dubliavimosi bangos koreliuoja su svarbiais geologiniais įvykiais arba evoliucijos laikotarpiais“, – pasakoja Genčio universiteto Belgijoje genomo biologas ir straipsnio bendraautorius Yvesas van de Peeras.
Beveik šimtmetį viso genomo dubliavimas glumino mokslininkus. Organizmams, turintiems daugiau nei du genomo rinkinius, suteikiamas poliploidų pavadinimas. Žmonės, turintys du chromosomų rinkinius, yra diploidai. Poliploidai kartais vadinami „vilties monstrais“, nes jie „monstriškai“ skiriasi nuo savo tėvinių organizmų, tačiau turi potencialą išgyventi sąlygose, kuriose jų tėvai negali, ir todėl suteikia viltį rūšiai.
Susiję straipsniai
Tačiau šie organizmai yra paradoksas, sako Y. van de Peeras. „Kai išeini į lauką ir pradedi rinkti augalus, yra labai didelė tikimybė, kad surinksi poliploidinius augalus, – tai augalai, kurių visas genomas buvo dubliuotas, paaiškina mokslininkas. – Vis dėlto, kai analizuojame augalų genomus, randame labai mažai įrodymų, kad daugelis visų genomų dubliavimų būtų išlikę ilgalaikėje perspektyvoje.“
Taip yra todėl, kad viso genomo dubliavimas augalui yra rizikingas žingsnis. „Iš ląstelių biologijos požiūrio tai nėra lengva užduotis, – pasakoja mokslininkas. – Tai susiję su tam tikromis sąnaudomis“. Pavyzdžiui, didesnėmis ląstelėmis, sumažėjusiu vaisingumu ir kitomis pasekmėmis. Dėl šios priežasties poliploidai dažnai laikomi evoliucijos aklavietėmis – nes mažai tikėtina, kad šios mutacijos išliks.
Daugelis kultūrinių augalų, kuriuos valgome, yra poliploidai, kuriuos žmonės laikui bėgant nesąmoningai atrinko dėl didesnių vaisių ar gebėjimo išgyventi aplinkos stresą, sako Y. van de Peeras. Tačiau poliploidai sunkiai konkuruoja su kitais savo rūšies atstovais, kai sąlygos yra stabilios, todėl „gerais“ laikais jie išnyksta. Tačiau sunkiais laikotarpiais poliploidai gali geriau prisitaikyti.
„Sprogimai per visą augalų istoriją“
Naujajame tyrime, paskelbtame penktadienį (gegužės 8 d.) žurnale „Cell“, mokslininkai išanalizavo 470 žydinčių augalų, vadinamų gaubtasėkliais, genomus. Šiuose genomuose jie ieškojo viso genomo dubliavimosi pėdsakų. Galiausiai jie identifikavo 132 atskirus dubliavimosi atvejus per pastaruosius 150 milijonų metų ir be kitų metodų, pasitelkdami suakmenėjusių augalų duomenis, nustatė, kada šie įvykiai nutiko.
2009 m. Y. van de Peeras ir kolegos parodė, kad keleto žydinčių augalų rūšių genomo dubliavimas sutapo su meteoritu, kuris sunaikino dinozaurus. Tačiau naujausi tyrimai rodo, kad poliploidinių gaubtasėklių išplitimas nebuvo vienkartinis įvykis: jis pasikartojo daug kartų per pastaruosius 150 milijonų metų. Mokslininkai nustatė mažiausiai devynis genomo dubliavimo atvejų grupes, kurios visos sutapo su svarbiais aplinkos įvykiais.
„Matome visų genomų dubliavimosi sankaupas laike, ir kiekvieną kartą tai sutampa su aprašytu svarbiu geologiniu įvykiu – nesvarbu, ar tai būtų pasaulinis atšalimo laikotarpis, ar pasaulinis atšilimo laikotarpis, ar išnykimo įvykis“, – sako Y. van de Peeras.
Poliploidų evoliucinę genomiką Londono Kju soduose tiriantis ir nedalyvavęs naujajame tyrime mokslininkas Kevinas Birdas teigia, kad šis tyrimas padeda plėtoti ankstesnius darbus. „Tyrimo išvados yra labai įdomios užuominos apie tai, kaip gyvybė išgyvena ir evoliucionuoja per ekstremaliausius mūsų planetos istorijos laikotarpius, – sako jis. – Atsižvelgiant į tai, kad pradinės 2009 m. išvados buvo susijusios su vienu senovinių dubliavimosi įvykių klasteriu, įvykusiu maždaug prieš 60–70 milijonų metų, buvo šokas, kad jie atrado įrodymų net devyniems tokiems proveržiams per visą augalų istoriją.“
Tačiau jis pažymėjo, kad šis tyrimas turėtų būti tik pradžia tolesniems tyrimams. „Apskritai, darbas atliktas labai kruopščiai, naudojant geriausius šiuo metu turimus metodus, tačiau visada lieka daug neaiškumų, kai bandoma atkurti praeitį, nutolusią šimtus milijonų metų“, – sako K. Birdas.
Mokslininkai teigia, kad ateityje, keičiantis klimatui, tyrimai apie poliploidus tikriausiai taps vis svarbesni.
„Poliploidai geriau susidoroja su stresu, o stresinės sąlygos taip pat gali sukelti poliploidiją, – teigia Floridos gamtos istorijos muziejaus biologas Douglas Soltisas, kuris nedalyvavo tyrime, bet bendradarbiauja su Y. van de Peeru. – Antropocenas [žmogaus era] bus – ir tikriausiai jau yra – streso laikotarpis, kuris sukels poliploidiją ir taip pat atrinks poliploidus.“
K. Birdas sutinka, kad klimato kaita gali išprovokuoti dar vieną genomo dubliavimosi bangą, tačiau pažymi, kad prireiks milijonų metų, kol paaiškės, kaip ši banga paveiks augalų evoliuciją. „Šiuo metu galime tikėtis, kad poliploidinės populiacijos geriau ištveria klimato kaitos bei kitų žmogaus veiklos sukeltų buveinių sutrikimų sukeliamus oro sąlygų svyravimus, intensyvėjimą ir buveinių degradaciją“, – sako jis.
Y. van de Peeras ir jo komanda dirbtinai kuria poliploidinius augalus ir tiria, kaip jie reaguoja į stresą. „Poliploidai tikriausiai turi pranašumą streso atžvilgiu, tačiau apie tai dar labai daug ko nežinome“, – sako jis.
Tyrimas publikuotas žurnale „Cell“.
Parengta pagal „Live Science“.