Уже 40 миллионов лет ореховые деревья меняют пол, чтобы эффективнее размножаться

Биологи из Калифорнийского университета в Дэвисе обнаружили интересный генетический механизм у ореховых деревьев. На протяжении сорока миллионов лет они сохраняют признак, позволяющий им успешно размножаться.

В начале января 2025 года ученые Калифорнийского университета в Дэвисе, США, представили в журнале Science результаты нового исследования. Биологи раскрыли генетическую основу чередования полов у ореховых деревьев. Этот механизм остается у них и их предков стабильным на протяжении поразительных сорока миллионов лет. Интересно, что это имеет некоторые сходства с системами определения пола, обнаруженными у людей и других животных.

Цветковые растения используют различные стратегии, чтобы избежать самоопыления. Некоторые имеют физические структуры, которые затрудняют самоопыление, в то время как другие производят четко выраженные «мужские» и «женские» растения. Некоторые виды, такие как грецкий орех, гикори и пекан, используют более динамичный подход, чередуя мужские и женские цветы в течение одного сезона. Примечательно, что каждое ореховое дерево последовательно следует одной из двух моделей: оно начинает сезон либо с мужских, либо с женских цветов. Это явление впервые заметил Чарльз Дарвин в 1877 году. Спустя сто лет, в 1980-х Скотт Глисон, аспирант Калифорнийского университета в Дэвисе, обнаружил, что эта схема цветения контролируется одним генетическим локусом.

«Грецкие орехи и пекан имеют временной диморфизм, при котором они чередуют мужское и женское цветение в течение сезона. Это известно с 1800-х годов, но до сих пор не было понято на молекулярном уровне», — отмечает Джефф Грох, аспирант популяционной биологии Калифорнийского университета в Дэвисе и первый автор новой статьи.

Описанный процесс наблюдается как у одомашненных грецких орехов, так и у диких родственников вроде черного ореха Северной Калифорнии. У диких видов соотношение деревьев с первыми мужскими и первыми женскими плодами составляет почти один к одному.

Грох и его научный руководитель, профессор Грэм Куп с кафедры эволюции и экологии, использовали данные программы по разведению грецкого ореха Калифорнийского университета в Дэвисе, а также отслеживали цветение местных черных ореховых деревьев Северной Калифорнии, растущих вокруг кампуса вуза. Отнеся их к группам с мужским или женским началом, исследователи секвенировали геномы и определили последовательности, связанные с признаком.

В грецких орехах они обнаружили два варианта гена, связанного с женским или мужским цветением. Этот полиморфизм ДНК проявляется по крайней мере у девяти видов грецкого ореха и остается стабильным на протяжении почти сорока миллионов лет.

«Это довольно нетипично — поддерживать вариацию в течение столь длительного времени», — говорит Грох. По его словам, два типа цветения уравновешивают друг друга. Если один тип цветения становится более распространенным в популяции, чем другой, менее распространенный тип получает преимущество при спаривании, поэтому он становится более распространенным. Это подталкивает систему к равновесию пятьдесят на пятьдесят и поддерживает генетическую вариацию.

Грох обнаружил, что пекан также имеет сбалансированный генетический полиморфизм, определяющий порядок цветения, но в другой части генома, чем грецкий орех. Полиморфизм пекана, по-видимому, старше, чем у грецкого ореха, ему более пятидесяти миллионов лет.

Каким образом грецкий орех и пекан, которые являются родственниками, пришли к одинаковому механизму цветения с помощью совершенно разных генов? Возможно, предки грецких орехов и пеканов сошлись на схожих решениях в ходе эволюции. Однако есть вероятность, что эта разделенная во времени система цветения появилась еще раньше в этой семье, около семидесяти миллионов лет назад, но со временем точные генетические механизмы ее достижения изменились.

Интересно, что это похоже на то, как работают половые хромосомы животных, при этом два структурных варианта (хромосомы X и Y у человека и других млекопитающих) поддерживаются примерно в равновесии.

«Здесь прослеживается явная параллель с общепринятым способом определения пола», — отмечает Грох.

Поддержать развитие блога можно на Boosty по ссылке.