Об особенностях эволюционного процесса у растений: диплоидизация геномов и кариотипов
УДК 575.1/.8+577.2+58
Аннотация
По оценкам кариосистематиков, от 30 до 50 % видов наземных растений имеют полиплоидные кариотипы, соответственно, от 50 до 70 % растений - диплоиды. Один из механизмов диплоидизации неопо-липлоидного кариотипа - хромосомные перестройки, ведущие к изменению числа хромосом в кариотипе -дисплоидии. Параллельно с процессами диплоидизации кариотипа, способствуя ей и дополняя ее, идут процессы структурной и эпигенетической диплоидизации генома, утраты части дуплицированных генов. Может быть, роль полиплоидии геномов в эволюции растений состоит, прежде всего, в том, что это эфемерное состояние, прежде всего, является эффективным способом дестабилизации генома, источником множества новых комбинаций аллелей, проходящих через жесткое решето отбора и реализующихся позже на стадии вторичного диплоида. Переход от полиплоида к диплоидному состоянию обоснован тем, что неополиплоиды не могут обеспечить высокий процент сбалансированных гамет из-за проблем с конъюгацией хромосом, а механизмы перехода к строгой попарной конъюгации хромосом таковы, что автоматически ведут к диплоидизации как генома, так и кариотипа. Немаловажно и то, что диплоидный кариотип обеспечивает более жесткий, быстрый, эффективный отбор адаптивно важных новых комбинаций аллелей, тем самым способствуя накоплению таксономически значимых признаков, видообразованию, и, в конце концов, прогрессивной эволюции.
Скачивания
Metrics
Литература
Ким Е. С., Большева Н.Л., Саматадзе Т. Е., Носов Н. Н., Носова И. В., Зеленин А. В., Пунина Е. О., Муравенко О. В., Родионов А. В. Уникальный геном двухромосомных злаков Zingeria и Colpodium, его происхождение и эволюция // Генетика, 2009. - Т. 45, №11. - С. 1506-1515.
Пробатова Н. С. Хромосомные числа в семействе Poaceae и их значение для систематики, филогении и фитогеографии (на примере злаков Дальнего Востока России) // Комаровские чтения. - Вып. 55. - Владивосток: Даль-наука, 2007.- С. 9-103.
Родионов А. В., Амосова А. В., Беляков Е. А., Журбенко П.М., Михайлова Ю. В., Пунина Е. О., Шнеер В. С., Лоскутов И. Г., Муравенко О. В. Генетические последствия межвидовой гибридизации, ее роль в видообразовании и фенотипическом разнообразии растений // Генетика, 2019. - Т. 55, № 3. - С. 255-272. DOI: 10.1134/ S0016675819030159
Родионов А. В., Носов Н. Н., Ким Е. С., Мачс Э. М., Пунина Е. О., Пробатова Н. С. Происхождение полиплоидных геномов мятликов (Poa L.) и феномен потока генов между Северной Пацификой и субантарктическими островами // Генетика, 2010. - Т. 46, № 12. - С. 1598-1608.
Родионов А. В., Шнеер В. С., Гнутиков А. А., Носов Н. Н., Пунина Е. О., Журбенко П. М., Лоскутов И. Г., Муравенко О. В. Диалектика видов: от исходного единообразия, через максимально возможное разнообразие к конечному единообразию // Бот. журн., 2020. - Т. 105, № 9. - С. 835-853. DOI: 10.31857/S0006813620070091
Barker M. S., Arrigo N., Baniaga A. E., Li Z., Levin D. A. On the relative abundance of autopolyploids and allopolyploids // New Phytologist, 2016. - Vol. 210. - P. 391-398. DOI: https://www.jstor.org/stable/newphytologist.210.2.391
Bayer P. E., Scheben A., Golicz A. A., Yuan Y., Faure S., Lee H., Chawla H. S., Anderson R., Bancroft I., Raman H. Lim Y. P. Modelling of gene loss propensity in the pangenomes of three Brassica species suggests different mechanisms between polyploids and diploids // Plant Biotechnology Journal, 2021. - Vol. 19. - P. 2488-2500. DOI: 10.1111/pbi.13674
Benton M. J., Wilf P., Sauquet H. The Angiosperm terrestrial revolution and the origins of modern biodiversity // New Phytologist, 2022. - Vol. 233. - P. 2017-2035. DOI: 10.1111/nph.17822
D’hont A., Denoeud F., Aury J.M., Baurens F. C., Carreel F., Garsmeur O., Noel B., Bocs S., Droc G., Rouard M., Da Silva C. The banana (Musa acuminata) genome and the evolution of monocotyledonous plants // Nature, 2012. - Vol. 488. - P. 213-217. DOI: 10.1038/nature11241
Darlington C. D. Recent Advances in Cytology. - Philadelphia: Blakiston, 1937. - 768 p.
Favarger C. Sur lemploi des nombres chromosomiques en geographie botanique historique // Ber. Geobot. Inst. Rubel., 1961. - T. 32. - S. 119-146.
Kotseruba V., GernandD., Meister A., Houben A. Uniparental loss of ribosomal DNA in the allotetraploid grass Zin-geria trichopoda (2n = 8) // Genome, 2003. - Vol. 46. - P. 156-163. D0I:10.1139/g02-104
Langham R. J., Walsh J., Dunn M., Ko C., Goff S. A., Freeling M. Genomic duplication, fractionation and the origin of regulatory novelty // Genetics, 2004. - Vol. 166. - P. 935-945. DOI: 10.1093/genetics/166.2.935
Li Z., McKibben M. T., Finch G. S., Blischak P. D., Sutherland B. L., Barker M. S. Patterns and processes of diploidization in land plants // Annual Review of Plant Biology, 2021. - Vol. 72. - P. 387-410. DOI: 10.1146/annurev-arplant-050718-100344
Liang Z., Schnable J. C. Functional divergence between subgenomes and gene pairs after whole genome duplications // Molecular Plant, 2018. - Vol. 11.- P. 388-397. DOI: 10.1016/j.molp.2017.12.010
Mandakova T., Joly S., Krzywinski M., Mummenhoff K., Lysak M. A. Fast diploidization in close mesopolyploid relatives of Arabidopsis // The Plant Cell, 2010. - Vol. 22. - P. 2277-2290. DOI: 10.1105/tpc.110.074526
Mandakova T., Lysak M. A. Post-polyploid diploidization and diversification through dysploid changes // Current Opinion in Plant Biology, 2018. - Vol. 42. - P. 55-65. DOI: 10.1016/j.pbi.2018.03.001
Mayrose I., Zhan S. H., Rothfels C. J., Arrigo N., Barker M. S., Rieseberg L. H., Otto S. P. Methods for studying polyploid diversification and the dead end hypothesis: a reply to Soltis et al. (2014) // New Phytologist, 2015. - Vol. 206. -P. 27-35.
MtintzingA. The evolutionary significance of autopolyploidy // Hereditas, 1936. - Vol. 21. - P. 263-378.
Nakazato T., Barker M. S., Rieseberg L. H., Gastony G. J. Evolution of the nuclear genome of ferns and lycophytes // Ranker N. A., Haufler C. H. (eds.) Biology and Evolution of Ferns and Lycophytes. - Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 2008.- P. 175-198.
Panchy N., Lehti-Shiu M., Shiu S. H. Evolution of gene duplication in plants // Plant Physiology, 2016. - Vol. 171 -P. 2294-2316. DOI: 10.1104/pp.16.00523
Sacerdot C., Louis A., Bon C., Berthelot C., Roest Crollius H. Chromosome evolution at the origin of the ancestral vertebrate genome // Genome Biology, 2018. - Vol. 19. - P. 1-15. - P. DOI: 10.1186/s13059-018-1559-1
Schubert I., Lysak M. A. Interpretation of karyotype evolution should consider chromosome structural constraints // Trends in Genetics, 2011. - Vol. 27. - P. 207-216. DOI: 10.1016/j.tig.2011.03.004
Soares N. R.; Mollinari M., Oliveira G. K.; Pereira G. S.; Vieira M. L. C. Meiosis in polyploids and implications for genetic mapping: A review // Genes, 2021. - Vol. 12. - 1517. DOI: 10.3390/genes12101517
Soltis D. E., Visger C. J., Soltis P. S. The polyploidy revolution then... and now: Stebbins revisited // American Journal of Botany, 2014. - Vol. 101. - P. 1057-1078. DOI: 10.3732/ajb.1400178
Stebbins G. L. Variation and Evolution in Plants. - New York: Columbia Univ. Press, 1950. - 623 p.
Szovenyi P., Gunadi A., Li F. W. Charting the genomic landscape of seed-free plants // Nature Plants, 2021. - Vol. 7. -P. 554-65.
Udall J. A., Long E., Ramaraj T., Conover J. L., Yuan D., Grover C. E., Gong L., Arick M. A., Masonbrink R. E., Peterson D. G., Wendel J. F. The genome sequence of Gossypioides kirkii illustrates a descending dysploidy in plants // Frontiers in Plant Science, 2019. - Vol. 10. - P. 1541. DOI: 10.3389/fpls.2019.01541
Van de Peer Y., Mizrachi E., Marchal K. The evolutionary significance of polyploidy // Nature Reviews Genetics, 2017. - Vol. 18. - P. 411-424. DOI: 10.1038/nrg.2017.26
Vanneste K., Baele G., Maere S., Van de Peer Y. Analysis of 41 plant genomes supports a wave of successful genome duplications in association with the Cretaceous-Paleogene boundary // Genome Research, 2014. - Vol. 24. - P. 1334-1347. DOI: 10.1101/gr.168997.113
WangX., Morton J. A., Pellicer J., Leitch I. J., Leitch A. R. Genome downsizing after polyploidy: mechanisms, rates and selection pressures // The Plant Journal, 2021.- Vol. 107.- P. 1003-1015. DOI: 10.1111/tpj.15363
Wood T. E., Takebayashi N., Barker M. S., Mayrose I., Greenspoon P. B., RiesebergL. H. The frequency of polyploid speciation in vascular plants // Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009. - Vol. 106. - P. 13875-13879. DOI: 10.1073/pnas.0811575106
