In Ostspanien (und vielen anderen Orten, wenn Sie suchen) können Sie finden Mercurialis annua, eine Pflanze mit einem komplizierten Sexualleben. Ein neues Papier von Wen-Juan Ma und Kollegen untersuchen zwei polyploide Arten, die sich danach gebildet haben Mercurialis annua hybridisierte, verdoppelte sein Genom und wurde polyploid.

Das Papier, Eine neue biologische Art im polyploiden Komplex von Mercurialis annua: funktionelle Divergenz in der Blütenstandsmorphologie und Hybridsterilität, untersucht zwei hexaploide Populationen. Hexaploid bedeutet, dass sie statt einem Chromosomenpaar, wie eine diploide Pflanze, drei Paare hat.

Wenn sich Genome vervielfältigen, ist es nicht so, als wäre das Genom fotokopiert worden. Interaktionen werden kompliziert. Dr. Wen-Juan Ma, ein Postdoc, der mit ihm zusammenarbeitet Prof. John Pannell, erklärte, dass dies nicht bedeute, dass sich Polyploide derselben Pflanze immer kreuzen können müssten. „Das hängt von vielen Faktoren ab, einer davon ist das Ploidieniveau. Neuere Polyploide mit dem gleichen Ploidie-Level können sich ungeachtet ihres evolutionären Ursprungs kreuzen, aber die erste Hybridgeneration (F1) könnte lebensfähig, aber nicht fruchtbar sein (was von der Divergenz der Vorläuferarten abhängt, um jede polyploide Art zu bilden).“

„Das ist nicht ganz richtig Mercurialis annua kann sich kreuzen. M. annua mit verschiedenen Ploidie-Stufen möglicherweise kreuzen können; Die Hybriden sind lebensfähig, aber weitgehend steril (siehe Artikel von Russel und Pannell 2015). Daher könnten alle neuen Polyploiden, die von ihnen abstammen, möglicherweise kreuzen, aber die hybriden Nachkommen sind wahrscheinlich unfruchtbar.“

Dr. Mas und seine Kollegen fanden heraus, dass es gute Gründe für eine Untersuchung gab Mercurialis annua's Nachkommen eng. „Mercurialis annua ist ein ideales System, um unsere Ideen zu testen, denn innerhalb dieses Artenkomplexes haben wir Variationen in Blütenständen, Sexualsystemen, Variationen des Ploidieniveaus, jetzt können wir die reproduktive Isolation für Individuen mit dem gleichen Ploidieniveau, aber mit charakteristischen männlichen Blütenständen testen, auch mit möglichen unterschiedlichen evolutionären Ursprüngen.“

Die Unterschiede in der männlichen Blüte sind auffallend, wobei die P+-Arten ihre Blüten an Stielen oder Stielen halten. Im Gegensatz dazu haben die P-Arten substielige Blüten, das heißt, sie sitzen direkt am Stängel. Dr. Ma sagte: „Für windbestäubte Pflanzen ist die Struktur der männlichen Blütenstände wichtig für den Erfolg der Pollenverbreitung. Zum Beispiel die neu entdeckte polyploide Art P+, mit männlichen Blüten auf aufrechten Blütenstielen und nicht in den für Hexaploidie typischen subsessilen achselständigen Blütenständen M. annua Wie P- hat es gezeigt, dass P+ die Pollenausbreitung signifikant erhöht und sich eines viel größeren Vererbungserfolgs erfreut (siehe Ergebnisse von Santos del Blancoet al. 2019). "

Sie fragen sich vielleicht, ob die P+-Form ihre Pollen so viel besser verteilen kann, wie kann die P--Form bestehen bleiben? Dr. Ma sagte: „Wir haben in unserer Arbeit dieselbe Frage gestellt. Angesichts der Überlegenheit sowohl der Pollenproduktion als auch der Ausbreitungsfähigkeit des P+ gegenüber den P– hexaploiden Hermaphroditen, könnten wir erwarten, dass der P+ Phänotyp im Laufe der Zeit den P– Phänotyp verdrängen wird, als Ergebnis einer Pollenüberschwemmung ähnlich der, die von der Pollen erlebt wird P– Linie, wenn sie auf zweihäusig diploid trifft M. annua (Buggs und Panell 2006).

Von Pollen der entgegengesetzten Morphologie überschwemmt zu werden, ist eine schlechte Nachricht für eine Pflanze. Obwohl die beiden Pflanzen Pollen austauschen können, führt dies nicht zu langfristigen Ergebnissen. „Die genetischen Unterschiede zwischen P+- und P--Spezies könnten größer oder gleich groß sein wie die phänotypischen Unterschiede, die Hybridindividuen zwischen P+ und P- sind lebensfähig (die Biomasse ist sogar größer als die der P+- und P-Elternarten), aber sie sind weitgehend steril, da sie kaum Samen produzieren und Pollen weibliche Blüten nicht sehr gut zu befruchten scheinen.“

Der Schlüssel zur Isolation zwischen den Arten scheint der Prozess zu sein, der sie überhaupt erst geschaffen hat. Dr. Ma sagte: „Wenn eine Pflanze polyploid wird, kann die polyploide Art innerhalb weniger Generationen eine beschleunigte Rate der Genomreorganisation und anderer Mutationsprozesse durchlaufen, die auf Hybridisierung und Genomduplikation folgen.

„Es ist nicht einfach, solche Prozesse bei seit langem etablierten polyploiden Arten zu charakterisieren, aber die Analyse der unmittelbaren Nachkommen synthetischer polyploider Arten hat gezeigt, dass sie dramatisch sein können. Zum Beispiel, Songet al. (1995) beobachteten Veränderungen in den Restriktionsfragmentmustern in jeder der ersten paar Generationen nach der Synthese von Polyploiden aus mehreren Brassica Arten, die diese Veränderungen chromosomalen Neuanordnungen, Punktmutationen, Genumwandlung und DNA-Methylierung zuschreiben.

Dr. Ma sieht darin einen Schritt, der Forscher bei der Erforschung der Polyploidisierung und der Evolution sexueller Systeme auf viele Wege führen könnte. „Viele weitere Richtungen können eingeschlagen werden, zum Beispiel könnten wir durch die Verwendung einer großen Anzahl von genomweiten Markern und weiterer Probennahme die Evolutionspfade, die zum Ursprung der beiden Hexaploidie-Linien führten, mit größerer Sicherheit feststellen, wir könnten zwischen unvollständigen Linien unterscheiden Sortierung und Genom-Introgression; Wir sollten die Taxonomie und Systematik der Gattung neu untersuchen Merkurialis"

Dr. Ma schloss: „Dieses Papier ist relevant für Personen, die an Artbildung, Polyploidisierung, Hybridisierung, Evolution des Pflanzengeschlechtssystems und Evolution der Pflanzenreproduktion arbeiten. Unsere Forschung zeigt, dass die unterschiedlichen Evolutionsgeschichten zweier hexaploider Linien von M. annua haben zu der bemerkenswerten reproduktiven Vielfalt des Artenkomplexes beigetragen. Es scheint wahrscheinlich, dass die reproduktive Interferenz zwischen ihnen schließlich zur Verdrängung einer Linie durch die andere durch Pollenüberschwemmung führen wird. Während die Polyploidisierung also zur Speziation beitragen kann, könnte die Diversifizierung auch durch reproduktive Interferenzen beeinträchtigt werden.“