Растения сохраняют в ДНК память о прошлых сокращениях популяций
Ученые из Университета Макгилла в Канаде обнаружили, что растения, пережившие в прошлом резкое сокращение численности популяции, сохраняют следы этих событий в своей ДНК, что впоследствии может снижать их способность адаптироваться к изменению климата и другим стрессам. В центре внимания исследователей оказалась Impatiens capensis, или недотрога капская, растение, способное к самоопылению. Эта особенность, позволяющая виду выживать и размножаться без участия опылителей, имеет и обратную сторону: со временем она может приводить к так называемым «бутылочным горлышкам» — резким сокращениям генетического разнообразия и росту инбридинга (близкородственного скрещивания).
Команда под руководством профессора Дэниела Шона собрала образцы растения на небольших изолированных участках, окруженных полями и городской застройкой. Используя эталонный геном, созданный на основе диких образцов из Висконсина, ученые с помощью демографического моделирования смогли восстановить историю каждой популяции. Анализируя частоту различных генетических вариантов, исследователи проследили периоды роста, упадка и восстановления растений. Выяснилось, что популяции, основанные очень малым числом особей и не имевшие достаточно времени для восстановления после наводнений или других потрясений, демонстрируют крайне низкое генетическое разнообразие, высокий уровень инбридинга и менее «перетасованный» геном.
Профессор Шон сравнивает геном с колодой карт: в малочисленных популяциях карты (гены) остаются связанными в длинные последовательности, что мешает эффективной рекомбинации. Там, где популяции крупнее и у них было время на восстановление, генетический материал перемешивается активнее, предоставляя природе больше вариантов для отбора полезных признаков. «В популяциях с менее рекомбинированным геномом адаптация ограничена, поскольку благоприятные варианты генов чаще остаются запертыми в крупных связанных блоках ДНК, вместо того чтобы свободно рекомбинироваться и отбираться независимо», — пояснил ученый. Эти генетические различия, по словам экспертов, могут сохраняться на протяжении многих поколений.
Полученные данные подчеркивают, что при разработке стратегий сохранения видов нельзя полагаться только на оценку текущей численности популяции или площади ее обитания. Две популяции могут выглядеть одинаково здоровыми, но одна из них окажется гораздо более уязвимой к будущим изменениям среды из-за скрытых генетических рисков. Понимание генетической истории растений, как отмечают исследователи, поможет лучше определить, какие виды или популяции наиболее способны пережить изменения климата, болезней или трансформацию ландшафта. Сейчас ученые планируют применить ту же методику к изучению люпина многолетнего — растения, которое служит единственным источником пищи для гусениц исчезающего вида бабочек.