Naukowcy z John Innes Centre (Anglia) wraz z badaczami z Austrii, Chin i Australii analizowali odcienie żółci występujące w kwiatach dziko rosnących lwich paszcz (Antirrhinum majus).

Badanie przeprowadzono w Pirenejach, gdzie spotykają się dwie odmiany tej rośliny. Jedna wytwarza żółte kwiaty z purpurową plamką wskazującą owadom drogę do wnętrza kwiatu. Druga ma kwiaty purpurowe z żółtą plamką pełniącą podobną funkcję.

Różnice w ubarwieniu obu odmian zależą od siedmiu współdziałających ze sobą genów. Trzy z nich kontrolują powstawanie purpurowego barwnika, a cztery - żółtego.

Na obszarze, na którym odmiany się krzyżują, ich geny mieszają się, dając kwiaty o rozmaitych zestawieniach kolorów, m.in. pomarańczowe i białe. Choć takie kombinacje mogą podobać się ludziom, są mniej atrakcyjne dla owadów zapylających, wskutek czego rośliny te mają mniejsze szanse na przekazanie swoich genów kolejnym pokoleniom. W rezultacie mieszańce nie rozprzestrzeniają się na duże odległości, a strefa mieszania się genów pozostaje bardzo wąska i ma zaledwie ok. kilometra szerokości.

Strefa ta pozwoliła naukowcom obserwować, jak dobór naturalny wpływa na poszczególne warianty genów. Badacze sprawdzili, jak często występują one w kolejnych miejscach na trasie pomiędzy populacjami obu odmian. Warianty silniej wpływające na wygląd kwiatów zanikały na krótszym odcinku, co świadczyło o tym, że dobór naturalny mocniej ograniczał ich rozprzestrzenianie.

Następnie naukowcy ustalili, w jaki sposób cztery geny związane z żółtym barwnikiem kształtują jego rozmieszczenie na płatkach. U roślin o purpurowych kwiatach ilość żółtego barwnika szybko maleje wraz z oddalaniem się od wejścia do kwiatu. Gradient jest więc ostry, a żółty kolor tworzy wyraźną plamkę. U odmiany o kwiatach żółtych barwa zmienia się bardziej stopniowo i rozciąga się na większej powierzchni płatków.

Okazało się, że każdy z czterech genów nieco ograniczał ilość żółtego barwnika w dalszej, skrajnej części płatka. Niektóre z tych zmian były niemal niedostrzegalne dla człowieka. Ich efekty zwielokrotniały się jednak, a gdy w jednej roślinie występowały wszystkie cztery warianty, intensywność żółtego koloru na krańcu badanego obszaru spadała o 97 proc. Powstawał w ten sposób wzór bardzo zbliżony do występującego naturalnie u odmiany o purpurowych kwiatach.

Jak podsumowali badacze, o wyglądzie kwiatu nie decyduje jeden gen, lecz wspólne działanie kilku z nich, z których każdy tylko nieznacznie zmienia układ żółtej barwy. Nawet tak drobne różnice są jednak dostrzegane przez pszczoły i mogą wpływać na to, które kwiaty odwiedzają. Im silniej dany wariant genu zmieniał ubarwienie, tym skuteczniej dobór naturalny ograniczał jego rozprzestrzenianie.

Zdaniem autorów podobny mechanizm może odpowiadać również za kształtowanie innych gradientów występujących w biologii. Takie stopniowe zmiany stężenia różnych substancji wpływają m.in. na powstawanie wzorów na skrzydłach motyli oraz rozwój zarodków muszek owocowych.

Katarzyna Czechowicz (PAP)

kap/ zan/