A gének új nyomokat tárnak fel az első virágról

A gének új nyomokat tárnak fel az első virágról
A gének új nyomokat tárnak fel az első virágról
Anonim

A Penn State kutatói az eddigi legkiterjedtebb tanulmányt végezték el annak érdekében, hogy megtudják, hogyan nézhettek ki az első virágzó növények. A genetikai elemzés célja az volt, hogy megtalálják az első virág legközelebbi élő rokonát a 150 faj közül, amelyek genetikai eredete a legősibb. Az elemzés feltárta, hogy a "legidősebb élő virág" címen két nagyon eltérő megjelenésű növény osztozik – a tündérrózsa és egy ritka, fás szárú, Amborella nevű cserje.

A virágos növények génjeinek más kutatócsoportok által végzett közelmúltbeli elemzései arra késztették a tudósokat, hogy a cím nyertese az Amborella, amely vadon csak Új-Kaledónia távoli szigetén, a Csendes-óceán délnyugati részén nő. "legrégebbi virágos növény", második a tavirózsa.De mivel a Penn State csapatának eredményei azt mutatják, hogy mindkét növény osztozik az első helyen, most több lehetőség nyílik arra vonatkozóan, hogy milyen lehetett az első virágzó növény.

A Claude W. dePamphilis, a Penn State biológia docense által vezetett tanulmány a Proceedings of the National Academy of Science 2000. november 21-i számában jelent meg. William L. Crepet, a Cornell Egyetem kutatója szerint a Penn State kutatáshoz fűzött kommentárjában, amely a folyóirat ugyanabban a számában jelent meg, a virágzó növények közötti pontos genetikai kapcsolatok ismerete "figyelemre méltó gyakorlati értékkel és jelentőséggel bírna". A potenciális előnyök közé tartozik a természetes gyógyszerek hatékonyabb felfedezésének nyoma, a mezőgazdaságban és az orvostudományban használt növények biomérnöki tevékenységének irányításának és értékelésének pontos kerete, valamint a biodiverzitás megőrzésével kapcsolatos megalapozottabb döntések meghozatalának képessége.

"A tavirózsa egyfajta biszexuális virága van, plusz speciális sejtjei, amelyeket vízvezető edényeknek neveznek, de az Amborellának kétféle virága van – hím és nőstény -, és a növényben hiányoznak az erek” – mondja dePamphilis.Ha mindkét növény genetikailag egyformán közel áll a legelső virágzó növényhez, amint azt kutatócsoportja kutatásai is jelzik, akkor az ősi növénynek egyenlő esélye van arra, hogy erekkel rendelkezzenek vagy hiányoznak, és kétivarú vagy heteroszexuális virágai legyenek. Crepet egyetért, és kijelenti: „A legutóbbi zárvatermő fa tövében található Nymphaea (tavirózsa) és Amborella esetében az archetipikus zárvatermő növények (virágos növények) szereplőinek szélesebb köre várható…, mint amit az Amborellával kapcsolatos korábbi konszenzus feltételez. egyedül."

A dinoszauruszok korában, több mint 140 millió évvel ezelőtt jelentek meg először a Földön a zárvatermőként ismert virágos növények, amelyeket az evolúció egyik legnagyobb sikertörténetének és az emberi társadalom fontos alapjának neveztek. A virágzó növények ma a növényvilág domináns formája, a gyümölcsök, zöldségek, gabonafélék, állati takarmányok és gyógyszerek forrásai, amellett, hogy az esőerdők és más ökoszisztémák nagy részét alkotják.

DePamphilis szerint "Az a becslésünk, hogy a tavirózsa és az Amborella egyformán közel vannak a zárvatermő családfa gyökeréhez, egy alternatív hipotézis, amelyet ugyanolyan komolyan kell kezelni, mint a korábbi tanulmányokat." A kutatók úgy érzik, hogy a tanulmányhoz kidolgozott elemzési módszerek nemcsak jelentős súlyt adnak a következtetéseknek, hanem modellként is szolgálhatnak más kutatók további tanulmányaihoz.

Elemezték az olyan növények leveleinek és virágainak széles választékát, amelyeket több mint egy évtizede gyűjtöttek a világ minden tájáról. "Tíz évbe telt, hogy több mint 1000 növényfaj szöveteit gyűjtsük össze, beleértve azokat is, amelyek genetikai eredetét a legősibbnek gondolják – olyan növényeket, amelyek Borneótól távol nőnek, és olyan közel, mint a laboratórium mellett." dePamphilis mondja. "Szándékosan nagyon sűrűn vettünk mintát ezekből a legalapvetőbb vonalakból, hogy a lehető legtisztább képet kapjunk a zárvatermő fa tövében tapasztalható óriási diverzitásról" - mondja dePamphilis.

A dePamphilis csapata a DNS-t a növényi sejtek három különálló részéből vonta ki és elemezte: a sejtmagból, ahol a sejt szaporodásának és fehérjetermelésének nagy része megtörténik; plasztidok, amelyek a sejt pigmentjeit tartalmazzák; és mitokondriumok, amelyek részt vesznek a sejt energiatermelésében. "A növények evolúciójának molekuláris vizsgálatait többnyire plasztid- és nukleáris génekkel végezték, de a közelmúltban a mi laboratóriumunk és néhány másik is elkezdte használni a mitokondriumokból származó géneket, amelyekről ismert, hogy nagyon lassan fejlődnek" - mondja dePamphilis. "Számos közelmúltbeli tanulmány keverte a mitokondriális génszekvenciákat kloroplasztisz- és nukleáris szekvenciákkal, de úgy éreztük, hogy fontos lenne a három sejtkomponenst külön elemezni, hogy elkerüljük a félrevezető eredményeket, amelyeket az együttes átlagolás okozhat" - magyarázza dePamphilis.

A kutatók azt is támogatják, hogy egynél több elemzési módszert alkalmazzanak az elemzés pontosságának ellenőrzésére."A korábbi vizsgálatokból nem lehetett megmondani, hogy az eredmények az elemzési módszertől függtek-e, mert a legtöbb esetben csak egy módszert alkalmaztak" - mondja dePamphilis. A kutatók tehát külön-külön három elemzési módszert alkalmaztak – a szűkölködést, a szomszédos csatlakozást és a maximális valószínűségű filogenetikai következtetést –, amelyek kissé eltérő módon építik fel a genetikai kapcsolatok fát. Ezt a három módszert használták a 150 növényből álló családfák megrajzolására a nukleáris, plasztid és mitokondriális génjeik hasonlóságából kikövetkeztetett kapcsolatok alapján.

A csapat megközelítése az volt, hogy a három sejtrekeszből származó DNS-t külön-külön elemezze a három különböző típusú elemzési módszer mindegyikével, előre jelezve, hogy az egybehangzó eredmények erősen jelzik az evolúciótörténet helyes képét. Ám meglepődve tapaszt alták, hogy az Amborellához különböző családfákat szereztek, attól függően, hogy milyen típusú filogenetikai elemzést használtak.

"Amikor elvégeztük az Amborella mitokondriális DNS-ének független elemzését, az nem adott ugyanazt az eredményt, mint a nukleáris és a choloroplaszt DNS-e" - mondja dePamphilis. "Bő hat hónapot töltöttünk nyomozói munkával, hogy felkutassuk a konfliktus forrását, majd megpróbáltuk megoldani."

A folyamat során a csapat posztdoktori munkatársa, Todd J. Barkman felfedezte Amborella egyik génjének egy korábban ismeretlen második példányát, amelyről kiderült, hogy sok ellentmondásos eredményt okoz. "Az egyik mitokondriális gén, az atpA, sokkal magasabbra helyezte az Amborellát az evolúciós fán, mint azt más tanulmányok alapján vártuk" - mondja Barkman, aki aztán felfedezte, hogy az atpA gén "zajos" szegmensek mintázatát tartalmazza. "Találtam egy kisebb jelet az Amborella szekvenciaadatai között, amely az atpA génszekvencia teljes hosszán végigfutott. Ez a jel bizonyult a nyomunknak, hogy az Amborellának két kópiája van ebből a génből, és a további kísérletek egyértelműen szétválasztották a két kópiát." A csapat újraelemzése, figyelembe véve a párhuzamosságot, az Amborellát a várt pozícióba helyezte az élő virágok családfájának tövébe.

Ez a felfedezés a kutatók által végül kidolgozott általános elemzési módszer fontos kiegészítéséhez is vezetett. "Azt javasoljuk más kutatóknak, hogy még az elemzés megkezdése előtt találják meg és távolítsák el adataik túlzottan zajos összetevőit, például az Amborellában található mitokondriális gén megkettőzését" - mondja dePamphilis.

Ennek a genetikai háztartási feladatnak a végrehajtásához a Penn State csapata a Relative Aparent Synapomorphy Analysis (RASA) nevű szoftvercsomagot használta, amelyet James Lyons-Weiler, a csapat tagja hozott létre, és elérhetővé tette mások számára. kutatók díjmentesen a világhálón. "A RASA lehetővé teszi számunkra, hogy megvizsgáljuk az adatokat, mielőtt bármilyen filogenetikai elemzést végzünk, így azonosítani és eltávolítani minden olyan egyedi szekvenciát, amely félrevezetheti az eredményeket" - mondja dePamphilis.Az ilyen „zajos” sorozatok jellemzően túl sok hibát tartalmaznak a többi adathoz képest. Miután először megtisztították adataikat a RASA-val, a csapat elemzései megegyeztek a zárvatermő fa gyökerével kapcsolatban mindhárom elemzési módszer és mindhárom sejtrekesz esetében.

A Penn State kutatói úgy érzik, hogy egy erősebb analitikai protokollt fejlesztettek ki, amellyel pontosabb becsléseket kaphatnak az evolúciós történelem bármely darabjáról. "A legerősebb következtetések a genetikai anyag különböző forrásaiból származó tiszta adatokból vonhatók le, amelyeket különböző elemzési módszerekkel elemeztek" - mondja dePamphilis. "Úgy gondoljuk, hogy tanulmányunk következtetései erősek, és azt jelzik, hogy a mai virágos növények legkorábbi ősei között nagy volt a kezdeti változatosság."

A Penn State-i dePamphilis mellett a kutatócsoport tagjai voltak: Barkman, aki nemrégiben a Western Michigan Egyetem adjunktusa lett; Lyons-Weiler, aki jelenleg a Massachusettsi Egyetem adjunktusa Lowellben; Gordon Chenery, a Tennessee állambeli Nashville-i középiskolai tanár, aki biológiából szerzett mesterfokozatot dePamphilis irányítása alatt; és Joel R.McNeal, végzős hallgató a Penn State-ben.

Ez a kutatás pénzügyi támogatást kapott a Penn State-től és a National Science Foundation-től.

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Rólunk
Olvass tovább

Rólunk

A fishcustomaquariums.com webhelyről

Kapcsolatok
Olvass tovább

Kapcsolatok

A fishcustomaquariums.com oldal elérhetőségei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei
Olvass tovább

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei