درخت خانواده آفتابگردان جدید ریشه های متعددی از تقارن گل را نشان می دهد

درخت خانواده آفتابگردان نشان داده است که تقارن گل چندین بار به طور مستقل تکامل یافته است، فرآیندی به نام تکامل همگرا، در میان اعضای این خانواده بزرگ گیاهان، بر اساس یک تحلیل جدید. تیم تحقیقاتی به رهبری یک زیست‌شناس ایالت پن، شاخه‌های ریزتر درخت خانواده را حل‌وفصل کردند و بینشی در مورد چگونگی تکامل خانواده آفتابگردان – که شامل آسترها، گل‌های مروارید و محصولات غذایی مانند کاهو و کنگر فرنگی است – ارائه کردند.

مقاله ای که تجزیه و تحلیل و یافته ها را توصیف می کند، که به گفته محققان ممکن است به شناسایی صفات مفید برای پرورش انتخابی گیاهان با ویژگی های مطلوب تر کمک کند، در مجله ظاهر می شود. ارتباطات گیاهی.

هونگ ما، رئیس هاک در توسعه و تکامل تولیدمثلی گیاهی، استاد زیست شناسی در کالج علوم ابرلی در این باره می گوید: «تکامل همگرا، تکامل مستقل چیزی را که به نظر می رسد یک ویژگی مشابه در گونه های مختلف است، مانند بال در پرندگان و خفاش ها توصیف می کند. پن استیت و رهبر تیم تحقیقاتی. این امر می تواند تعیین ارتباط نزدیک دو گونه را با مقایسه ویژگی های آنها دشوار کند، بنابراین داشتن یک شجره خانوادگی دقیق بر اساس توالی DNA برای درک چگونگی و زمان تکامل این صفات بسیار مهم است.

به عنوان مثال، سر آفتابگردان در واقع یک ترکیب مرکب از چندین گل بسیار کوچکتر است. در حالی که سر به طور کلی به صورت شعاعی متقارن است – می توان آن را به دو نیمه مساوی در جهات مختلف مانند ستاره دریایی یا پای تقسیم کرد – گل های منفرد می توانند اشکال مختلفی از تقارن داشته باشند. بر اساس مطالعه جدید، تقارن دو طرفه – که در آن تنها یک خط وجود دارد که گل را به دو نیمه مساوی تقسیم می کند – چندین بار به طور مستقل در گل آفتابگردان در طول تاریخ تکاملی تکامل یافته و از بین رفته است. محققان دریافتند که این تکامل همگرا احتمالاً به تغییرات در تعداد نسخه ها و الگوهای بیان ژن تنظیم کننده گل، CYC2 مربوط می شود.

محققان توضیح دادند که در سال‌های اخیر، بسیاری از درختان خانوادگی برای گروهی از گونه‌های مرتبط با استفاده گسترده از رونوشت‌ها، که توالی‌های ژنتیکی اساساً همه ژن‌های بیان‌شده توسط یک گونه هستند، ساخته شده‌اند. به دست آوردن رونوشت‌ها نسبت به توالی‌های باکیفیت کل ژنوم برای یک گونه آسان‌تر است، اما هنوز آماده‌سازی آن دشوار و پرهزینه است و به نمونه‌های گیاهی تازه نیاز دارد. برای افزایش تعداد گونه‌های موجود برای مقایسه، تیم به توالی‌های ژنومی با پوشش کم روی آوردند، که از طریق فرآیندی به نام اسکیمینگ ژنوم تولید می‌شوند و نسبتاً ارزان و آسان تهیه می‌شوند، حتی از نمونه‌های گیاه خشک.

Ma گفت: “برای بدست آوردن یک توالی کامل ژنومی دقیق برای یک گونه، هر حرف از الفبای DNA آن باید چندین بار خوانده شود یا پوشانده شود تا خطاها به حداقل برسد.” “برای اهداف ساختن یک درخت خانوادگی، در این مقاله نشان می‌دهیم که می‌توانیم با توالی‌های ژنومی با پوشش پایین‌تر کنار بیاییم. این به ما امکان داد تعداد گونه‌ها را در تجزیه و تحلیل خود افزایش دهیم، که به نوبه خود به ما امکان می‌دهد بیشتر موارد ریزتر را حل کنیم. شاخه های درخت خانواده آفتابگردان.”

این تیم از ترکیبی از رونوشت‌های در دسترس عموم و تازه تولید شده، همراه با تعداد زیادی ژنوم بدون چربی تازه به‌دست‌آمده، در مجموع 706 گونه با نمایندگانی از 16 زیرخانواده، 41 قبیله و 144 گروه در سطح زیرقبیله در خانواده آفتابگردان استفاده کردند. زیرخانواده‌ها زیرمجموعه‌های اصلی خانواده هستند، در حالی که قبیله و زیر قبیله می‌توانند شامل یک یا چند جنس باشند، که سطح طبقه‌بندی درست بالاتر از گونه است.

ما می‌گوید: «نسخه‌های قبلی درخت خانوادگی آفتابگردان، روابطی را بین اکثر زیرخانواده‌ها و بسیاری از قبایل برقرار کرده بود، که معادل شاخه‌های اصلی درخت است. “با افزایش حجم نمونه ما، توانستیم تعداد بیشتری از شاخه ها و شاخه های کوچکتر را در سطح زیر قبیله و جنس حل کنیم. این درخت با وضوح بالاتر به ما این امکان را می دهد که مکان و زمان تکامل صفاتی مانند تقارن گل را بازسازی کنیم و نشان دهد که تقارن دو طرفه باید داشته باشد. بارها به طور مستقل تکامل یافته است.”

این تیم همچنین تکامل مولکولی ژن‌های دخیل در رشد گل را در گل‌های آفتابگردان مطالعه کردند. آنها دریافتند که یکی از این ژن‌ها، CYC2، که در نسخه‌های متعدد در ژنوم هر گونه یافت می‌شود، در گونه‌هایی با گل‌های متقارن دو طرفه فعال شده است، که نشان می‌دهد ممکن است بخشی از مبنای مولکولی برای تکامل همگرای این صفت باشد. برای آزمایش بیشتر این، تیم آزمایش‌هایی را برای تعیین کمیت بیان ژن CYC2 در گل‌های گونه‌هایی با انواع مختلف تقارن انجام داد.

Ma گفت: «تحلیل ما رابطه واضحی بین بیان CYC2 و تقارن گل نشان داد، که نشان می‌دهد تغییرات در نحوه استفاده از این ژن‌ها در گونه‌های مختلف آفتابگردان احتمالاً در تکامل همگرای مشاهده شده در خانواده دخیل است. “خانواده آفتابگردان یکی از دو خانواده بزرگ گیاهان گلدار است که بیش از 28000 گونه شامل بسیاری از گونه های مهم اقتصادی کشاورزی و باغی را شامل می شود. درک اینکه چگونه این گونه ها با یکدیگر مرتبط هستند به ما امکان می دهد تعیین کنیم که چگونه و چه زمانی صفات آنها تکامل یافته است. این دانش همچنین می‌تواند برای شناسایی صفات مفیدی که می‌توانند به گونه‌های اهلی شده از گونه‌های وحشی که نزدیک به هم مرتبط هستند، استفاده شود.»

علاوه بر ما، تیم تحقیقاتی شامل Guojin Zhang در ایالت پن است. Junbo Yang، Jie Cai، Zhi-Rong Zhang و Lian-Ming Gao در موسسه گیاه شناسی Kunming در Kunming، چین. Caifei Zhang در باغ گیاه شناسی ووهان و مرکز تحقیقات مشترک چین و آفریقا در ووهان، چین؛ بوهان جیائو و تیانگانگ گائو در آزمایشگاه کلیدی دولتی تنوع گیاهی و محصولات ویژه در پکن، چین؛ و خوزه ال پانرو در دانشگاه تگزاس، آستین.