Генетические механизмы прогрессивной эволюции и видообразования у растений: мультипликация генов как способ адекватного и наследуемого ответа генома на действие факторов внешней среды
УДК 575.852
Аннотация
Одним из механизмов, непосредственно связанных с прогрессивной эволюцией растений, могут быть дупликации генов. Паралогичные и ортологичные копии генов появляются в геноме в результате полногеномных дупликаций (WGD), а также после сегментных и тандемных дупликаций и в результате ретропозиций. Доля дуплицированных протеин-кодирующих генов в геномах растений высока (в среднем 64 %), но она в разы меньше, чем можно было бы ожидать, если бы все гены, дуплицированные в ходе повторяющихся актов WGD, в геноме сохранялись. Однако оказалось, что все геномы растений в той или иной степени утратили большую часть дуплицированных генов и транспозонов. Из-за необходимости соблюдать дозу гена для дуплицированных генов, возникших в результате WGD, действует правило: гены, продукты которых работают в составе мульти-протеиновых комплексов, сохраняются, а гены, следующие правилу: «один ген - один фермент», предпочитают моногенное существование. Напротив, если дуплицированные копии генов появились в геноме в результате тандемной или сегментной дупликации, то в первую очередь по той же причине утрачиваются «лишние» копии генов компонентов гетеромерных комплексов. Роль тандемных дупликаций в эволюции растений, по-видимому, состоит прежде всего в том, что посредством их корректируются результаты того новообразованного расклада аллелей, который остается в геноме, прошедшем через стохастические процессы вторичной диплоидизации и фракционирования геномов неополиплоидов, через процессы, непредсказуемым образом изменившие генофонд родительских видов, когда-то стабилизированный длительным отбором на адекватность тогда актуальным факторам внешней среды.
Скачивания
Metrics
Литература
Оно С. Генетические механизмы прогрессивной эволюции. - М.: Мир, 1973. - 227 с.
Раутиан А. С. Букет законов эволюции // Эволюция биосферы и биоразнообразия. К 70-летию А. Ю. Розанова. - М.: Т-во научных изданий КМК, 2006. - С. 20-38.
Родионов А. В. Тандемные дупликации генов, эуполиплоидия и вторичная диплоидизация-генетические механизмы видообразования и прогрессивной эволюции в мире растений // Turczaninowia, 2022. - Т. 25, № 4. -С. 87-121. DOI: 10.14258/turczaninowia.25.4.12
Родионов А. В. Эуплоидия как способ видообразования у растений // Генетика, 1923. - Т. 59, №5. - С. 493-506.
Северцов А. Н. Морфологические закономерности эволюции. - М.-Л.: Изд-во АН, 1939. - 610 с.
Серебровский А. С. Гены scute и achaete у Drosophila melanogaster и гипотеза их дивергенции // Докл. АН СССР, 1938. - Т. 19. - С. 77-81.
Серебровский А. С. Некоторые проблемы органической эволюции. - М.: Наука, 1973. - 168 с.
Толмачев А. И. О приложении учения А. Н. Северцова об ароморфозе к исследованию филогении растений // Бот. журн., 1951. - Т. 36, № 3. - С. 225-230.
Филипченко Ю. А. Изменчивость и методы ее изучения. Издание 4-е. - М., Л.: Государственное изд-во, 1929. - 275 с.
Abbott R. J., Lowe A. J. Origins, establishment and evolution of new polyploid species: Senecio cambrensis and S. eboracensis in the British Isles // Biol. J. Linn. Soc., 2004. - Vol. 82. - P. 467-474.
Ainouche M. L., Baumel A., Salmon A. Spartina anglica C. E. Hubbard: a natural model system for studying early evolutionary changes that affect allopolyploid genomes // Biol. J. Linn. Soc., 2004. - Vol. 82. - P. 475-484.
Cheng S., Xian W., Fu Y., Marin B., Keller J., Wu T., Sun W., Li X., Xu Y., Zhang Y., Wittek S. Genomes of subaerial Zygnematophyceae provide insights into land plant evolution // Cell, 2019. - Vol. 179. - P. 1057-1067.
Dobzhansky T. Genetics of the Evolutionary Process. - N.Y., London: Columbia Uneversity Press, 1970. - 505 p.
FreelingM. Bias in plant gene content following different sorts of duplication: tandem, whole-genome, segmental, or by transposition // Annu. Rev. Plant. Biol., 2009. - Vol. 60. - P. 433-453.
Gao B., Wang L., Oliver M., Chen M., Zhang J. Phylogenomic synteny network analyses reveal ancestral transpositions of auxin response factor genes in plants // Plant Methods, 2020. - Vol. 16. - P. 1-13.
Karpechenko G. D. Polyploid hybrids of Raphanus sativus L. x Brassica oleracea L.: (On the problem of experimental species formation) // Zeitschrift fur induktive Abstammungs-und Vererbungslehre, 1928. - Vol. 48, № 1. - S. 1-85.
Koo D. H., Molin W. T., Saski C. A., Jiang J., Putta K., Jugulam M., Friebe B., Gill B. S. Extrachromosomal circular DNA-based amplification and transmission of herbicide resistance in crop weed Amaranthus palmeri // Proc. Natl Acad. Sci., 2018. - Vol. 115. - P. 3332-3337. DOI: 10.1073/pnas.1719354115
Koonin E. V. Orthologs, paralogs, and evolutionary genomics // Annu. Rev. Genet., 2005. - Vol. 39. - P. 309-338.
Liang Z., Schnable J. C. Functional divergence between subgenomes and gene pairs after whole genome duplications // Molecular Plant, 2018. - Vol. 11. - P. 388-397.
Lopes I., Altab G., Raina P., De Magalhaes J. P. Gene size matters: an analysis of gene length in the human genome // Front. Genet., 2021. - Vol. 12. - P. 559998. DOI: 10.3389/fgene.2021.559998
Mandakova T., Lysak M. A. Post-polyploid diploidization and diversification through dysploid changes // Curr. Opin. Plant Biol., 2018. - Vol. 42. - P. 55-65. DOI: 10.1016/j.pbi.2018.03.001
McHale L., Tan X., Koehl P., Michelmore R. W. Plant NBS-LRR proteins: adaptable guards // Genome Biology, 2006. -Vol. 7. - P. 1-11.
Nimmy M. S., Kumar V., Suthanthiram B., Subbaraya U., Nagar R., Bharadwaj C., Jain P. K., Krishnamurthy P. A systematic phylogenomic classification of the Multidrug and Toxic Compound Extrusion Transporter gene family in plants // Frontiers Plant Sci., 2022. - Vol. 13. - P. 774885. doi: 10.3389/fpls.2022.774885
Nishiyama T., SakayamaH., De Vries J., Buschmann H., Saint-MarcouxD., UllrichK. K., HaasF. B., Vanderstraeten L., Becker D., LangD., Vosolsobe S. The Chara genome: secondary complexity and implications for plant terrestrialization // Cell, 2018. - Vol. 174. - P. 448-464. DOI: 10.1016/j.cell.2018.06.033
Novak S. J., Soltis D. E., Soltis P. S. Ownbey’s Tragopogons: 40 years later // Amer. J. Botany, 1991. - Vol. 78. -P. 1586-600.
Ohno S. Evolution by gene duplications. - Berlin; New York: Springer-Verlag, 1970. - 129 p.
Omote H., Hiasa M., Matsumoto T., Otsuka M., Moriyama Y. The MATE proteins as fundamental transporters of metabolic and xenobiotic organic cations // Trends Pharmacol. Sci., 2006. - Vol. 27. - P. 587-593. DOI: 10.1016/j. tips.2006.09.001
Panchy N., Lehti-Shiu M., Shiu S. H. Evolution of gene duplication in plants // Plant Physiology, 2016. - Vol. 171. -P. 2294-2316.
Sacerdot C., Louis A., Bon C., Berthelot C., Roest Crollius H. Chromosome evolution at the origin of the ancestral vertebrate genome // Genome Biol., 2018. - Vol. 19. - P. 1-15. DOI: 10.1186/s13059-018-1559-1
Shao Z. Q., Xue J. Y., Wang Q., Wang B., Chen J. Q. Revisiting the origin of plant NBS-LRR genes // Trends in Plant Sci. 2019. - Vol. 24. - P. 9-12.
Stephens S. G. Possible significance of duplication in evolution // Adv. Genet., 1951. - Vol. 4. - P. 247-265.
Urbanska K. M., Hurka H., Landolt E., Neuffer B., Mummenhoff K. Hybridization and evolution in Cardamine (Brassicaceae) at Urnerboden, central Switzerland: biosystematic and molecular evidence // Plant Syst. Evol., 1997. -Vol. 204. - P. 233-256.
Van Buren R., Pardo J., Man Wai C., Evans S., Bartels D. Massive tandem proliferation of ELIPs supports convergent evolution of desiccation tolerance across land plants // Plant Physiology, 2019. - Vol. 179. - P. 1040-1049.
Xing H., Pudake R.N., Guo G., Xing G., Hu Z., Zhang Y., Sun Q., Ni Z. Genome-wide identification and expression profiling of auxin response factor (ARF) gene family in maize // BMC Genomics, 2011. - Vol. 12. - P. 1-13.
Xu S., Wang J., Guo Z., He Z., Shi S. Genomic convergence in the adaptation to extreme environments // Plant Communications, 2020. - Vol. 1. - P. 100117.
