30.05.2014

Чем опасно бесконтрольное распространение пыльцы и семян?
Селекционер обнаружил, что его экспериментальные посевы были «загрязнены» генами с соседнего поля. Новые агрессивные сорняки иногда развиваются непосредственно благодаря естественному переопылению одомашненных видов и их диких сородичей. Редкие растения находятся под угрозой из-за небольших размеров их популяции и ограниченного диапазона распространения.

Но что общего у всех этих ситуации? Они иллюстрируют важную роль потока генов между популяциями и его потенциальные последствия. И хотя поток генов был признан учеными в качестве важной эволюционной силы уже в 1940 году, его относительная роль в поддержании генетической целостности вида и/или его разнообразия обсуждается на протяжении десятилетий, колеблясь от тривиальной до критической.

Каков же размер потока генов между популяциями растений? Насколько важен поток генов для поддержания видовой идентичности и разнообразия, и каковы последствия этих процессов для эволюции, сохранения исчезающих видов, инвазивности, или непреднамеренного потока генов от одомашненных культур к диким сородичам?

Норман Элстранд, генетик растений из Калифорнийского университета в Риверсайде, занимается многими аспектами, касающимися потока генов, особенно в области прикладной биологии растений. Он вот уже более 25 лет рассматривает возможность и потенциальные последствия непреднамеренного потока генов от ГМ-культур.

В Американском журнале ботаники Элстранд приводит историю потока генов, сосредоточив внимание на растениях, и представляет доказательства его важности как эволюционной силы.

Селекция, мутация, поток генов и генетический дрейф являются четырьмя механизмами, которые приводят к биологической эволюции, или изменению со временем частот аллелей в популяции. Так насколько же важна каждая из этих сил относительно друг друга?

Элстранд указывает на то, что взгляд биологов-эволюционистов на важность потока генов менялся в течение последнего столетия. Хотя впервые он был определён в 1940 году, в качестве эволюционного клея, который скрепляет виды вместе, и, таким образом, представляет собой значительную эволюционную силу, несколько десятилетий спустя, когда начали накапливаться количественные данные о потоке генов в популяциях растений, эта точка зрения изменилась, поскольку факты стали указывать на то, что поток генов не был настолько значимым.

Мало того, что внутривидовой поток генов между популяциями считался минимальным в то время, но также было несколько необдуманно принято решение, что внутривидовая гибридизация, или движение генов между видами, является гораздо большей эволюционной силой, чем внутривидовое движение аллелей.

Тогда основной проблемой для селекционеров было перемещение пыльцы между различными штаммами культур – если некая разновидность сладкой кукурузы загрязняется пыльцой с разновидности для попкорна, то полученное гибридное потомство будет производить семена, непригодные для рынка или для селекции новых сортов. Лучшим решением этой проблемы считалось увеличение расстояния между участками с разными сортами.

Однако, начиная с 1980-х годов ситуация начала меняться в связи с растущим числом свидетельств новых подходов: исследований родства и генетической структуру пространственной популяции.

Когда я впервые начал заниматься исследованиями родства растений в 1980-х, – комментирует Норман Элстранд, – наша лаборатория предположила, что поток генов ограничен. Но мы продолжали выявлять «невозможных отцов», которые не могли относиться к исследуемой нами популяции. Могли ли это быть отцы из-за пределов дикой популяций нашего редиса – ведь между ними были сотни метров? Но после исключения всех других возможностей, невероятное оказалось ответом. И парадигма ограниченного влияния потока генов на растения начала рушиться.

Одним из удивительных моментов, выявленных в ходе исследований родства, оказалось то, как далеко могут распространяться гены – от сотен до тысяч метров в отдельных случаях. В одном экстраординарном случае исследование показало, что ближайший возможный отцовский предок отдельного фигового дерева находился на расстоянии в 85 км!
С появлением все более и более сложных способов измерения генетической изменчивости и родства при помощи молекулярных маркеров, таких как аллозимные полиморфизмы и маркеры на основе ДНК, у учёных появилась возможность отслеживать не только индивидуумов на предмет их происхождения, но и изменения в структуре аллелей с течением времени, и, таким образом, влияние эволюции на популяции стало возможно «увидеть» в генетической информации.

Как оказалось, несмотря на первоначальный скептицизм о важности потока генов, современные эмпирические и теоретические исследования, использующие современные молекулярные и ДНК методы, показали нам, не только то, как удивительно далеко может распространяться поток генов между популяциями растений, но и то, что поток аллелей между популяциями так же важен, если не больше, в отдельных случаях, как и естественный отбор. Даже относительно низкий уровень потока генов между популяциями может противостоять противоположным силам мутации, генетического дрейфа и селекции.

– Так же, как и селекция, поток генов является одной из эволюционных сил – и, причём, потенциально важной, – отмечает Элстранд.

И растения очень хорошо подходит для исследований потока генов, потому что они пребывают в неподвижном состоянии, ​а​ пыльца и семена остаются мобильными.

Тем не менее, Элстранд уточняет, что относительная важность потока генов может сильно различаться у различных видов и популяций, и сам поток может как полностью отсутствовать, так и быть очень высоким.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

6 + 9 =