Im Laufe der Jahre wurden Hunderte von Artikeln veröffentlicht, die die genetischen Veränderungen beschreiben, die während der Evolution von Pflanzen auftreten, und die offensichtlichen Unterschiede zwischen einzelnen Arten. Eine ebenso große Anzahl von Arbeiten wurde über die Definition von Arten, ihre Trennung und Benennung veröffentlicht. Viele haben sich an Diskussionen darüber angeschlossen, wo und warum sich neue Arten bilden – zum Beispiel durch Fortpflanzungsbarrieren oder Inselbesiedlung. Aber erst jetzt erkennen wir, dass diese Ereignisse eine starke genetische Komponente haben: Speziation passiert nicht „einfach so“.
Wir planen die meisten Highlight-Ausgaben von Annals of Botany ein Jahr mehr im Voraus. Aber die sieben Artikel für die September-Highlight-Ausgabe, „Gene in der Evolution“Das lag einfach daran, dass diese Arbeiten alle etwa zur gleichen Zeit eingereicht wurden. Dies zeigt, dass die Kontrolle von Diversität und Artbildung ein hochaktuelles Thema ist, bei dem Fortschritte erzielt werden, die vor einem Jahr noch undenkbar waren – und die Auswirkungen sind weitreichend, von den Folgen des Klimawandels für natürliche Ökosysteme bis hin zu Züchtungs- und Selektionsmethoden für neue und verbesserte Nutzpflanzen.
Die Übersichtsarbeit von Rieseberg und Blackman (2010) identifiziert nicht weniger als 41 Gene, die zur reproduktiven Isolation von Populationen führen können. Interessanterweise sind die Gene sehr vielfältig und umfassen solche mit präzygotischen und postzygotischen Effekten. Einfache geografische Isolation gilt nicht als einzige weit verbreitete Ursache für Artbildung und den Abbruch des Genflusses zwischen Populationen; dennoch führen sowohl größere als auch kleinere geografische Gegebenheiten zur Isolation von Populationen. et al. (2010) können ein Beispiel zeigen, wo die genetische Struktur einer Art, Banksia Hookeriana, ist nicht allein von der Struktur einer Landschaft abhängig, in diesem Fall, wo die Bevölkerung auf Sanddünenkämmen angesiedelt ist, die physisch durch unbewohnbare Mulden getrennt sind.
Die gelegentliche Verbreitung von Samen über große Entfernungen oder die Bewegung von Individuen von einer Population zu einer anderen erhält die Konnektivität innerhalb der Art aufrecht und verhindert eine Isolation. Im Gegensatz dazu Nomura et al. (2010) geben einen Einblick in die Phylogenie und die Auswirkungen der Habitatdiversität. Farfugium (Asteraceae) ist eine monophyletische Gruppe, die mit einer breiten Palette von Lebensräumen verbunden ist, darunter Waldunterholz (Sciophyten), Küstenfelsen (Heliophyten) und Flussbetten (Rheophyten) in einem Archipel in Ostasien. Sie kommen zu dem Schluss, dass die Isolierung auf Inseln und nachfolgende parallele Anpassungsereignisse der Migration über quartäre Landbrücken entlang des Verbreitungsgebiets folgten. Uninformative DNA-Sequenzvariationen in Verbindung mit stark divergierenden Morphologien legen nahe, dass die adaptive Diversifizierung schnell erfolgte.
Die anderen vier Arbeiten ziehen Schlussfolgerungen in Bezug auf die genetische Diversifizierung und Selektion, die bei Kulturpflanzen beobachtet werden. Das Tehuacán-Tal in Mexiko bietet ein bemerkenswertes „natürliches Labor“ für die Untersuchung der Auswirkungen menschlicher Selektion auf Pflanzen, da es weit über 100 einheimische Pflanzenarten gibt, bei denen künstliche Selektion praktiziert wird, und diese forstwirtschaftlichen und kultivierten Populationen mit Wildpopulationen koexistieren. Parra et al. (2010) untersuchen den Kaktus Stenocereus puinosus und stellen fest, dass es trotz der Selektion auf größere und süßere Früchte einen hohen Genfluss gibt, der die morphologische Divergenz und die moderate genetische Struktur zwischen wilden und bewirtschafteten Populationen gefördert hat, während die genetische Vielfalt erhalten bleibt. Daher gibt es trotz starker Selektion keinen offensichtlichen genetischen Engpass, der die Züchter der Frucht in Zukunft einschränken könnte, anders als bei vielen anderen domestizierten Arten.
Wie oben erwähnt, können Hybridisierung oder Polyploidie – Artbildung durch Duplikation des gesamten Genoms – in einem einzigen Ereignis zu neuen und reproduktiv isolierten Arten führen. Hinweise auf evolutionär rezente Polyploidie-Ereignisse sind bei der Hälfte aller Pflanzen zu sehen und tragen erheblich zur biologischen Vielfalt der Pflanzen bei. Shiet al. (2010) betrachten alte Ereignisse oder Paläopolyploidie, die aus genomischen Daten und ihrer Analyse der Kerngenome von Kiwis abgeleitet werden können (Actinidia) und verwandte Ericales zeigen Hinweise auf mindestens zwei Paläopolyploidie-Ereignisse. Ihre Ergebnisse belegen, dass Genfamilienmethoden in der Lage sind, alte polyploide Speziationsereignisse zuverlässig aufzudecken.
Sojabohne, Glycine max, ist eine wichtige tetraploide Nutzpflanze, aber es gibt noch Lücken in ihrer Domestikationsgeschichte. Guo et al. (2010) führen eine umfassende Studie über die Diversität der Sojabohne aus ihrem südchinesischen Ursprungszentrum unter Verwendung von molekularen Markern durch und schlagen einen einzigen Ursprung mit einem mittelschweren genetischen Engpass während der Domestizierung vor. Wilde Sojabohnen in dieser Region haben einen ungenutzten und wertvollen Genpool für die zukünftige Züchtung, aber anders als in Stenocereus, bedarf es sorgfältiger Studien und umfangreicher Kreuzungen mit Selektion, um diese Vielfalt in den Keimplasma-Pool einzuführen, der Pflanzenzüchtern zur Verfügung steht.
Das letzte Papier im Highlight präsentiert ein wichtiges Beispiel dafür, wie die Vielfalt einer Wildart in einer der drei wichtigsten Getreidekulturen der Welt genutzt werden kann. Reis, oryza sativa, erfordert eine Befruchtung, um Samen zu setzen, aber die Temperaturen, die bei heißem Wetter (über 32–36 ° C) auftreten, führen zu Sterilität. Bedenkt man, dass solche Temperaturen am frühen Morgen selten erreicht werden, so Ishimaru et al. (2010) ein Merkmal der frühmorgendlichen Blüte (EMF) von Wildreis eingeführt, O. officinalis, wo Anthesis kurz nach Sonnenaufgang auftritt. Obwohl der Temperatureffekt auf die Sterilität selbst bei den beiden Reisarten ähnlich war, führt die Vermeidung hoher Temperaturen um einige Stunden, die durch das frühmorgendliche Blühmerkmal verursacht werden, zu einer signifikant erhöhten Fruchtbarkeit in der Linie mit Introgression des EMF-Merkmals.
Zusammengenommen tragen diese sieben Artikel erheblich zu unserem Verständnis der Genetik in einem breiten evolutionären Kontext bei. Die Ergebnisse sind für wild lebende Arten von Bedeutung und haben Auswirkungen auf ganze Ökosysteme, und tatsächlich sind die in diesen Papieren als Beispiele verwendeten Arten solche von Küsten-, Insel- und Dünensystemen, die besonders durch Veränderungen bedroht sind, einschließlich städtischer „Entwicklung“ und Änderungen des Meeresspiegels , Sturmfrequenzen und Temperatur. Die Pflanzenpapiere zeigen, wie sich das Wissen über die Evolutionsmechanismen und die damit verbundenen Gene auf unsere Nutzung der Biodiversität in Nutzpflanzen und ihren wilden Verwandten auswirken kann
