Как некоторые гибриды растений «обманывают» генетические ловушки и выживают

Гибридизация — важный инструмент селекции, позволяющий объединять полезные черты разных видов. Однако иногда при скрещивании двух видов потомство попросту не выживает даже на ранних стадиях. Учёные называют это гибридной летальностью — и она не просто мешает селекционерам, но является одним из ключевых механизмов, которые удерживают виды отдельно в природе.

Новое исследование японских учёных из Осакского столичного университета объясняет, как редкие гибриды могут преодолевать этот барьер за счёт самопроизвольной «потери» вредного гена. Эта находка помогает понять не только селекционную работу, но и процессы естественного видообразования.

Что такое гибридная летальность

Когда скрещивают два вида, их потомки иногда не развиваются нормально и погибают на стадии ростков или очень молодых растений. В роде Nicotiana (табак и его дикие родственники) такие случаи особенно часты. Это происходит из-за взаимодействия двух доминантных генов от разных родителей: один — из табака, другой — из дикой Nicotiana. Когда оба присутствуют, растения «самоуничтожаются» на ранних стадиях (выражается, например, в потемнении корней и гипокотиля).

Такая гибридная летальность — это репродуктивный барьер, препятствующий обмену генов между видами и образованию новых видов.

Что обнаружили учёные

При некоторой комбинации видов на удивление много гибридов выживает, несмотря на то, что ожидалось неизбежное отмирание. Особенно это было заметно при скрещивании Nicotiana tabacum с Nicotiana amplexicaulis.

Оказалось, что у таких жизнеспособных гибридов часто отсутствует один из опасных генов — тот, который вызывает летальность.

Это не плановая мутация, а следствие так называемого геномного шока — резких изменений в ДНК, которые происходят у гибридов в первые поколения после скрещивания. Обычно такой шок вызывает перестройки и даже удаление участков генома.

Именно у тех гибридов, где в результате такого «шока» исчез ген, ответственный за гибридную летальность, растения смогли нормально развиваться.

Почему это важно

Для селекции

• Гибридная летальность серьёзно ограничивает возможность использовать дикие виды в селекции культур. Теперь мы видим, что иногда именно геномный шок может сам по себе устранить репродуктивный барьер.
• Это может помочь селекционерам планировать скрещивания или управлять условиями так, чтобы появление жизнеспособных гибридов происходило чаще.

Для понимания эволюции

Ранее считалось, что репродуктивные барьеры слишком стабильны, чтобы их можно было легко преодолеть. Однако исследование показывает, что случайные изменения в геноме могут сами по себе устранять барьеры. Это даёт новое понимание того, как виды могли возникать и смешиваться в природе в прошлом.

Ключевые выводы исследования

Пункт	Объяснение
Гибридная летальность существует	В результате взаимодействия доминантных генов гибриды часто гибнут на ранних стадиях.
Некоторые гибриды выживают чаще, чем ожидалось	Особенно в комбинации N. tabacum × N. amplexicaulis.
У этих выживших гибридов часто отсутствует опасный ген	Из-за геномного шока он просто выпадает из генома.
Это помогает преодолеть репродуктивный барьер	Гибриды развиваются нормально, а репродуктивная изоляция разрушается.

Что это даёт агроному

Понимание механизмов гибридной летальности — это не только фундаментальная наука, но и практический инструмент:

• Можно целенаправленно выбирать пары видов, где возможен геномный шок, удаляющий летальные гены.
• Понимание генетических механизмов поможет обходить барьеры в межвидовых скрещиваниях и создавать новые сочетания ценных признаков.
• Можно прогнозировать, какие комбинации будут иметь низкую частоту жизнеспособных гибридов, а где стоит ожидать спорадических «пробиваний» барьеров.

Источник: frontiersin.org