Z ewolucyjnego punktu widzenia wydawać by się mogło, że organizmy, u których wystąpiła niekorzystna mutacja powinny zniknąć z populacji. Jak pokazują wyniki badań naukowców z Instytutu Ekologii Chemicznej im. Maxa Plancka w Jenie opublikowane w PNAS (https://doi.org/10.1073/pnas.2308500120), nie zawsze tak się dzieje.

Kiedy 20 lat temu naukowcy przeprowadzali eksperyment polowy na dzikim gatunku tytoniu Nicotiana attenuata zauważyli, że mutanty z osłabionymi mechanizmami obrony przed roślinożercami przyciągały więcej owadów z rodzaju Empoasca, które jednocześnie niechętnie żerowały na roślinach nie zmutowanych. Ich uwadze nie umknął fakt, że pośród dziko rosnącej populacji tych roślin również znajdują się okazy, na których chętniej żerują te owady. Jak pokazali, u tych dziko rosnących roślin mechanizmy obronne także były osłabione. Jednak co ciekawe, rośliny te rosły znacznie szybciej od tych, u których mechanizmy obronne pozostały niezaburzone.

„Te odkrycia skłoniły nas do przypuszczenia, że w dziko rosnących populacjach Nicotiana attenuata mogą występować naturalne mutanty w szlaku sygnalizacji obronnej i że mutanty te utrzymują się w populacji jako rodzaj kompromisu pomiędzy presją selekcyjną związaną ze wzrostem a presją selekcyjną związaną z obroną” – powiedział prof. Ian Baldwina kierujący zespołem badawczym.

Aby potwierdzić swoją hipotezę, naukowcy badali populację tytoniu nazwaną MAGIC, której stworzenie zajęło przeszło 30 lat i która reprezentuje zmienność genetyczną całego gatunku Nicotiana attenuata. Pozwoliło to zidentyfikować genetyczne podstawy większej podatności na ataki owadów roślinożernych oraz zaobserwować różnice w poziomie kwasu jasmonowego, roślinnego hormonu biorącego udział w odpowiedzi roślin na stres, m.in. na uszkodzenia mechaniczne związane z atakiem roślinożercy.

„W roślinach Nicotiana attenuata zmienność genu JAR wpływa na ilość akumulowanego koniugatu kwasu jasmonowego. Mutacja w tym genie skutkuje niższymi poziomami niż w normalnych roślinach. Mutanty przedkładają wzrost i reprodukcję nad obronę, przez co są bardziej podatne na ataki owadów, ale szybciej rosną i wydają więcej potomstwa” – mówi autor badania Rishav Ray.

Naukowcy sugerują, że ta mutacja w pojedynczym genie może być kluczową częścią sieci różnych mutacji, które razem pomagają mutantom przetrwać w środowisku. Przyczynia się to do zwiększenia różnorodności genetycznej populacji, co jest istotne dla długoterminowego przetrwania w zmiennym środowisku.

„W związku z szybko zmieniającym się klimatem kluczowe jest zrozumienie, w jaki sposób różnorodność genetyczna jest utrzymywana za sprawą naturalnych procesów, abyśmy mogli znaleźć lepsze sposoby ochrony i zachowania istniejącej różnorodności biologicznej na naszej planecie” – konkluduje prof. Baldwin.(PAP)

doc/ agt/