_ Nou arbore genealogic de floarea-soarelui dezvăluie multiple origini ale simetriei florilor

Arborele genealogic al floarea-soarelui a relevat că simetria florii a evoluat de mai multe ori independent, proces numit evoluție convergentă, printre membrii acestei mari familii de plante, potrivit unei noi analize. Echipa de cercetare, condusă de un biolog Penn State, a rezolvat mai multe dintre ramurile mai fine ale arborelui genealogic, oferind o perspectivă asupra modului în care a evoluat familia floarea-soarelui, care include asterii, margaretele și culturile alimentare precum salata verde și anghinarea.

O lucrare care descrie analiza și descoperirile, despre care cercetătorii au spus că ar putea ajuta la identificarea trăsăturilor utile pentru a reproduce selectiv plante cu caracteristici mai dezirabile, apare în revista Plant Communication.

„Evoluția convergentă descrie evoluția independentă a ceea ce pare să fie aceeași trăsătură la diferite specii, cum ar fi aripile păsărilor și liliecilor”, a spus Hong Ma, Huck Chair in Plant Reproductive Development and Evolution, profesor de biologie la Eberly College of Science din Penn State și liderul echipei de cercetare. . „Acest lucru poate face dificilă determinarea cât de strâns legate sunt două specii prin compararea trăsăturilor lor, așa că a avea un arbore genealogic detaliat bazat pe secvența ADN-ului este crucial pentru a înțelege cum și când au evoluat aceste trăsături.”

Floarea-soarelui. capul, de exemplu, este de fapt un compozit compus din mai multe flori mult mai mici. În timp ce capul este în general simetric radial - poate fi împărțit în două jumătăți egale în mai multe direcții, cum ar fi o stea de mare sau o plăcintă - florile individuale pot avea diferite forme de simetrie. Potrivit noului studiu, simetria bilaterală - unde există o singură linie care împarte floarea în două jumătăți egale - a evoluat și s-a pierdut de mai multe ori independent în floarea-soarelui de-a lungul istoriei evoluției. Cercetătorii au descoperit că această evoluție convergentă este probabil legată de modificări ale numărului de copii și ale modelelor de expresie ale genei de reglare florală, CYC2.

În ultimii ani, mulți arbori genealogici pentru un grup de specii înrudite au au fost construite prin utilizarea extensivă a transcriptomilor, care sunt secvențele genetice ale tuturor genelor exprimate de o specie, au explicat cercetătorii. Transcriptoamele sunt mai ușor de achiziționat decât secvențele de genom întreg de înaltă calitate pentru o specie, dar sunt încă dificil și costisitor de pregătit și necesită mostre de plante proaspete. Pentru a crește numărul de specii disponibile pentru comparație, echipa a apelat la secvențe de genom cu acoperire redusă, care sunt produse printr-un proces numit skimming genom și sunt relativ ieftine și ușor de preparat, chiar și din mostre de plante uscate.

„Pentru a obține o secvență exactă a întregului genom pentru o specie, fiecare literă din alfabetul său ADN trebuie citită sau acoperită de mai multe ori pentru a minimiza erorile”, a spus Ma. „În scopul construirii unui arbore genealogic, arătăm în această lucrare că putem scăpa cu secvențe de genom cu acoperire mai mică. Acest lucru ne-a permis să creștem numărul de specii din analiza noastră, ceea ce, la rândul său, ne-a permis să rezolvăm mai multe dintre cele mai fine. ramuri pe arborele genealogic al floarea-soarelui.”

Echipa a folosit o combinație de transcriptoame disponibile public și nou generate, împreună cu un număr mare de genomi degresați nou obținute, pentru un total de 706 specii cu reprezentanți din 16 subfamilii. , 41 de triburi și 144 de grupuri la nivel de subtrib din familia floarea-soarelui. Subfamiliile sunt subdiviziuni majore ale familiei, în timp ce triburile și subtribul pot conține unul sau mai multe genuri, care este nivelul de clasificare chiar deasupra speciei.

„Versiunile anterioare ale arborelui genealogic al floarea-soarelui au stabilit relații între majoritatea subfamiliilor și multe triburi, care sunt echivalente cu ramurile principale ale unui copac”, a spus Ma. „Odată cu dimensiunea crescută a eșantionului, am reușit să rezolvăm mai multe ramuri și crenguțe mai mici la nivel de subtrib și gen. Acest arbore cu rezoluție mai mare ne-a permis să reconstruim unde și când au evoluat trăsături precum simetria florii, demonstrând că simetria bilaterală trebuie să aibă a evoluat de multe ori independent.”

Echipa a studiat, de asemenea, evoluția moleculară a genelor implicate în dezvoltarea florilor în rândul floarea-soarelui. Ei au descoperit că una dintre aceste gene, CYC2, care se găsește în mai multe copii în genomul fiecărei specii, a fost activată la speciile cu flori simetrice bilateral, sugerând că ar putea face parte din baza moleculară pentru evoluția convergentă a acestei trăsături. Pentru a testa acest lucru în continuare, echipa a efectuat experimente pentru a cuantifica expresia genei CYC2 în florile speciilor cu diferite tipuri de simetrie.

„Analiza noastră a arătat o relație clară între expresia CYC2 și simetria florii, sugerând că schimbările în modul în care aceste gene sunt utilizate la diferite specii de floarea-soarelui este probabil implicat în evoluția convergentă observată în familie”, a spus Ma. „Familia floarea-soarelui este una dintre cele mai mari două familii de plante cu flori care conține peste 28.000 de specii, inclusiv multe specii agricole și horticole importante din punct de vedere economic. Înțelegerea modului în care aceste specii sunt legate între ele ne permite să stabilim cum și când au evoluat trăsăturile lor. Această cunoaștere ar putea fi, de asemenea, folosit pentru a identifica trăsături utile care ar putea fi crescute în specii domestice din cele sălbatice strâns înrudite.”

Pe lângă Ma, echipa de cercetare include și Guojin Zhang de la Penn State; Junbo Yang, Jie Cai, Zhi-Rong Zhang și Lian-Ming Gao la Institutul de Botanică Kunming din Kunming, China; Caifei Zhang la Grădina Botanică Wuhan și Centrul Comun de Cercetare Sino-Africa din Wuhan, China; Bohan Jiao și Tiangang Gao la Laboratorul cheie de stat pentru diversitatea plantelor și culturile speciale din Beijing, China; și Jose L. Panero de la Universitatea din Texas, Austin.

(Fluierul)