Около 66 млн лет назад на Землю упал огромный астероид Чикшулуб, уничтожив большинство динозавров и примерно треть живых организмов на планете. Но многие растения пережили катастрофу. В новом исследовании, опубликованном в Cell, ученые объяснили, что естественное случайное удвоение генома могло помочь многим цветковым растениям пережить эту катастрофу.
Большинство организмов имеют два набора хромосом, по одному от каждого родителя. Но у цветковых растений многие виды получают дополнительные наборы в результате случайного полногеномного дуплицирования. Например, у большинства культурных сортов бананов три набора хромосом, а у пшеницы их может быть до шести — такое состояние называется полиплоидией.
У растений относительно часто происходит полногеномная дупликация. Однако более крупные геномы требуют больше питательных веществ для поддержания жизнедеятельности, повышают риск возникновения вредных мутаций и влияют на плодовитость. По этим причинам в дикой природе сохраняется и передается из поколения в поколение лишь небольшая часть дуплицированных геномов.
С другой стороны, дупликация генома может увеличить генетическое разнообразие, а гены могут приобретать новые функции. Эти изменения могут помочь организмам лучше переносить такие стрессовые факторы, как жара или засуха.
Чтобы понять, почему некоторые дублированные геномы сохраняются, команда ученых из Гентского университета в Бельгии проанализировали ДНК 470 видов цветковых растений, создав один из крупнейших в своем роде наборов данных. Они искали блоки генов, которые встречаются почти в идентичных парах. Затем они сравнили полученные данные с информацией о 44 окаменелостях растений, чтобы определить, когда произошла эта дупликация.
Исследователи обнаружили, что гены, которые сохраняются на протяжении длительного времени, как правило, возникают в результате полногеномной дупликации в периоды серьезных экологических потрясений.
К таким потрясениям можно отнести массовое вымирание, вызванное падением астероида 66 млн лет назад, несколько периодов глобального похолодания, когда экосистемы приходили в упадок, и палеоцен-эоценовый термический максимум около 56 млн лет назад — период быстрого глобального потепления.
В таких экстремальных условиях полиплоидные растения могли получить преимущество. По мнению исследователей, черты, которые в обычных условиях являются недостатком, например сохранение более крупного и сложного генома, могут оказаться полезными.
Исследование также дает некоторое представление о том, как растения могут реагировать на изменение климата сегодня. Во время позднепалеозойской термальной эпохи глобальная температура повысилась примерно на 5−9 °C за 100 тыс. лет — это изменение сопоставимо с нынешним потеплением.
Ранее Наука Mail рассказала, как окаменевшие следы рассказали о миграциях динозавров на север Азии.
