ДНК 234-річного дерева має декілька мутацій, додаючи вагу ідеї, що рослини захищають свої стовбурові клітини.nature.com

Високий 234-річний дуб “Наполеон” на території кампуса університету Лозанни в Швейцарії витримав як метеорологічні, так і політичні шторми. Дерево було молодим, коли війська Наполеона пройшли через місто в 1800 році і перетворилоя на величний пам’ятник міста. Але через все це, його геном залишився на диво не змінним.

Дослідники університету виявили цю несподівану стійкість генома на різних гілках дерева. Їх робота – опублікована 13 червня як препринт BioRxiv, яка не була рецензентована – репрезентуючи свідчення, що дерева здатні захистити свої стовбурові клітини від мутації. Така поведінка корисна для підтримання свого життя на довгі роки.

“Якщо ви просто накопичуєте все більше і більше мутацій, то ви в кінцевому підсумку помрете від мутаційної кризи” каже Кріс Кухлемайер, біолог з розвитку в Бернському університеті Швейцарія.

Кожен раз, коли клітина ділиться, мутації можуть виникнути через помилки при копіюванні генома. Тварини захищають свої репродуктивні клітини від цих мутацій, виділяючи їх на початку свого розвитку. Ці клітини, які називаються зародки слідують за іншим шляхом розвитку, і зазвичай вони мають низький рівень поділу клітин.

Але рослини не мають спеціальних зародків, а мають скупчення стовбурових клітин, які породжують репродуктивні частини квітів, також породжують стебла та листя. Через це вчені вважають, що стовбурові клітини будуть накопичувати багато мутацій, а нові гілки на верхівці довгоживучого дерева будуть відрізнятись від нижчих гілок.

Розгалуження

Біолог з рослин Філіп Реймонд та його команда в Лозаннському університеті вирішили протестувати цю гіпотезу, використовуючи цінний дуб університету. Вони послідовно розчленували (секвенували) геном з листя на нижчих, старших гілках та у верхніх, молодших, і підрахували кількість однозначних змін, які вони знайшли в ДНК дерева.

Команда виявила, що кількість мутацій була значно нижчою, ніж можна було б очікувати на підставі розрахунків кількості поділу клітин між нижніми та верхніми гілками.

“Це таке вражаюче дослідження”, – говорить Даніель Шен, біолог-еволюціоніст рослин з Університеті Макгілла в Монреалі, Канада. “Це зачіпає глибинну підсвідомість біологів рослин”.

Ще занадто рано говорити, як у загальному це явище відбувається у рослин попереджає Карел Ріха, генетик рослин у Центральноєвропейському технологічному інституті в Брно, Чехія. Дослідники також розглядали лише один вид генетичних змін – однобічні зміни в послідовності – і не оцінювали інші види мутацій, такі як видалені ДНК.

Мао-Лун Венг, біолог еволюціоніст рослин з Державного університету Південної Дакоти в Брукінгсі, зазначає, що команда використовувала жорсткий фільтр для вилучення фонового шуму в даних про послідовність, і в результаті може випадково пропустити деякі мутації.

Посадка насіння

Arabidopsis (Талі Крес)

 Це може означати, що деякі мутації залишились поза аналізом. Але Ріха та Венг швидко зауважують, що результати відповідають двом дослідженням, опублікованим минулого року. У першій під керівництвом Кухлемайера дослідники відслідковували окремі стовбурові клітини в районі росту рослин під назвою меристем. Вони виявили, що в томаті і талі крес (Arabidopsis), в меристемі міститься набір з трьох або чотирьох клітин, які відкладаються і розділяються набагато рідше, ніж інші клітини. В іншому дослідженні, очолюваному Ріхою, також виявлено кілька мутацій між старими та новими листям в талі кресі.

 

Для Кухлемайера ці результати дають відповідь на питання, яке турбувало його з моменту поїздки в Орегон 20 років тому. Коли він підняв очі на 400-річну ялицю Дугласа, він подумав, як гілки на верхівці дерева відрізнятимуться від тих, що знаходяться внизу. “Я завжди думав про дерево не як про організм, а як колекцію організмів з різними геномами – більше схожу на колонію”, – говорить він. Багато екологів розповсюдили цю думку але тепер він почав ставити під сумнів свою ранню ідею.

Більш чітке уявлення про розвиток рослин може допомогти селекціонерам, оскільки вони все більше зосереджуються на довгоживих, багаторічних рослинах, стверджує Шен. “Якщо, як вікові рослини, існує таке накопичення мутацій, яке може вплинути на енергію, ми б хотіли знати про це”, – говорить він. “Нам потрібна додаткова інформація такого типу”.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Підписуйтесь на наш канал у Telegram