Хромосомні інверсії прискорюють симпатричне видоутворення • Олена Наймарк • Новини науки на
Американські вчені експериментально довели, що хромосомні інверсії сприяють симпатричному видоутворенню. Вони пригнічують рекомбінацію набору генів з корисними мутаціями, тому варіанти з інверсією набувають перевагу і швидко поширюються у відповідних місцеперебуваннях. Матеріалом для підтвердження послужили населенню губастика крапчастого, які, отримавши інверсію, що захопила гени термінів цвітіння, розділилися за місцевими погодними умовами.
Симпатричне видоутворення - це зародження двох або кількох видів на одній території. Йому протиставляють алопатричне видоутворення, при якому для утворення двох нових видів необхідно розділити їх територіально з обов'язковими присутністю ізолюючого бар'єру. Ізолюючий бар'єр покликаний не давати схрещуватися роз'єднаним частинам популяції, щоб з обох боків встигли накопичитися мутації. Вони й визначать зрештою генетичну видоспецифічність і несхрещуваність видів.
Девід Лоурі та Джон Уілліс з Медичного центру Університету Дьюка (Дарем, США) досліджували генетичну та екологічну різноманітність квіток із забавною назвою «губастик крапчастий» (Mimulus guttatus). Ця рослина, родом із західних районів Північної Америки, зараз поширена по всьому північноамериканському континенту, завезена і в Старе Світло, і в Нову Зеландію, де успішно росте. У Північній Америці трапляються дві форми цього виду губастика.
Одна з форм - однорічник, що росте в більш менш сухих місцях. Цвіте провесною. Друга представлена багаторічними рослинами, численними у вологих, тінистих прибережних смугах. Час цвітіння зрушено на літній сезон, а раннявесна призначена для нагромадження зеленої маси. Ці два екотипи, очевидно, роз'єднані за часом цвітіння, і це перешкоджає їхньому схрещуванню, тобто має місце передзиготична ізоляція (див. репродуктивна ізоляція).
Багаторічник, пересаджений (штучно або природно поширився) в сухе місце проживання, неминуче програє своїм однорічним родичам. Його цвітіння припадає на найсухішу літню пору року, так що шансів залишити достатню кількість життєздатного насіння у нього майже немає. Однолітники у вологих місцеперебуваннях, кидаючи всі сили на раннє цвітіння, не встигають наростити досить зеленої біомаси, так що родичі, що пізноквітнуть, не залишають їм вільного місця для зростання. Крім того, у прибережних місцеперебуваннях верхній шар ґрунту разом з проростками та насінням змивається, так що утримуються лише ті рослини, які вже мають розвинену кореневу систему, а саме багаторічники.
Таким чином, нам ясно, що однорічна весняноквітуча форма губастиків пристосована якнайкраще до сухих місцепроживання, а багаторічна пізньоквітуча - до вологих прибережних. Як йшло становлення цих відмінностей, вчені з'ясували під час генетичного аналізу, поєднаного з експериментальною ботанічною роботою.
У розпорядженні дослідників був великий матеріал, що характеризує різні популяції як однорічної форми, і багаторічної (див. карту). Представники двох екотипів, як з'ясувалося, мають інверсію. Одна з інверсій включає гени, пов'язані з часом цвітіння та деякими рисами морфології.
Наскільки саме ця інверсія визначила пристосування до різних місцеперебування? Щоб відповісти на це питання, було запропоновано досить трудомісткий, але експериментальний шлях. Для цього серією гібридизації тазворотного схрещування було виведено спеціальні форми, які мають всі гени однорічників, але з інверсією багаторічників. А також зворотний варіант – з генами багаторічників, але з інверсією однорічників. Далі була оцінена пристосованість цих гібридів в умовах, оптимальних для однолітників (підраховувалася кількість і якість квіток, відсоток рослин, що вижили, і деякі морфологічні ознаки). Рослини з інверсією, як у багаторічників, зацвітають в середньому на 6 днів пізніше, яким би не був їхній генотип. Відмінність у пристосованості виявилася найвищою для генотипу багаторічників. У них «рідна» інверсія знижує шанси на виживання у сухих умовах порівняно зі вставкою однорічників приблизно 9 разів. Тож для багаторічного екотипу життєво важливо мати рідну інверсію.
Вчені підкреслюють, що для симпатричного видоутворення інверсії можуть відігравати важливу роль. Вони пригнічують рекомбінацію інвертованих ділянок геному. Якщо інверсія включає набір генів, які корисні для виживання в конкретних умовах, цей набір залишатиметься більш-менш цілісним. Він не розсіюватиметься по геному, змішуючись з іншими шкідливими або марними алелями. Таким чином, відбір буде зберігати переважно особин з цією винятково зручною інверсією, так що вона швидко пошириться по популяції.
Для цього конкретного прикладу з губастиками очевидно, що інверсія захопила ділянку геному з кількома генами, відповідальними за час цвітіння та інші адаптивні ознаки. Далі ця інверсія швидко поширилася серед популяцій, де була доречна, витіснивши менш щасливі алелі. Паралельно змінювалися й інші гени в популяціях, що розійшлися. У зв'язку з цим вчені припускають знайти ще не одну корисну інверсію, яка прискорилавидоутворення у губастика. На їхню думку, інверсії є потужним генетичним засобом, що прискорює видоутворення.