Древо жизни” проливает новый свет на 90% растительной системы мира

Открытие 1,8 миллиарда букв генетического кода

Биолог Чарльз Дарвин… был озадачен неожиданным появлением такого разнообразия в окаменелостях (Фото: The Collector Magazine)

Международная группа из 279 ученых из разных стран мира составила “древо жизни” цветковых растений, на долю которых приходится около 90% всех известных видов растений на суше.

По данным Музея естественной истории в Лондоне, геномное древо является самым полным из когда-либо созданных.

Используя 1,8 миллиарда букв генетического кода более чем 9500 видов, охватывающих почти 8000 известных родов цветковых растений, это невероятное достижение проливает новый свет на эволюционную историю цветковых растений и их рост до экологического доминирования на Земле.

“Что действительно здорово, так это то, что ДНК не обязательно должна быть суперкачественной”, – говорит Норм Викетт, профессор биологических наук из Университета Клемсона в Южной Каролине.

“Это означает, что мы можем вернуться к коллекциям растений, собранным 100 или 200 лет назад, взять оставшуюся ДНК и сопоставить ее с нашими зондами, чтобы получить последовательности ДНК этих растений”.

Профессор Норман Викет… Самое замечательное, что ДНК не обязательно должна быть суперкачественной (Фото: Clemson University South Carolina)

Авторы исследования считают, что полученные данные помогут в будущем определить новые виды, уточнить классификацию растений, открыть новые лекарственные соединения и сохранить растения в условиях изменения климата и потери биоразнообразия.

Важным событием для науки о растениях, в реализации которого приняли участие 138 организаций со всего мира, было а 15-кратное увеличение объема данных по сравнению с любыми аналогичными исследованиями цветковых растений.

Огромное количество данных, полученных в ходе исследования, на обработку которых одному компьютеру потребовалось бы 18 лет, является огромным шагом на пути к созданию “древа жизни” для всех 330 000 известных видов цветковых растений, что является грандиозной задачей.

Доктор Сандра Кнапп, ботаник-исследователь из Музея естественной истории, говорит, что понимание того, как цветковые растения смогли добиться доминирования вскоре после своего возникновения 140 миллионов лет назад, озадачивало ученых, включая Чарльза Дарвина, на протяжении многих поколений. Дарвин был озадачен внезапным появлением такого разнообразия в ископаемом состоянии, назвав его “отвратительной загадкой”.

Используя 200 окаменелостей, авторы составили древо жизни в масштабе времени, показав, как цветковые растения эволюционировали в течение геологического времени. Они обнаружили, что ранние цветковые растения действительно взорвались разнообразием, дав начало более чем 80 % основных линий, существующих до сегодняшнего времени.

Доктор Сандра Кнапп… понимание того, как цветковые растения стали доминировать вскоре после своего возникновения 140 миллионов лет назад. (Фото: Tammana Begumm, Музей естественной истории, Лондон)

Однако затем, в течение следующих 100 миллионов лет, эта тенденция снизилась до более стабильного уровня, пока не произошел очередной всплеск диверсификации около 40 миллионов лет назад, совпавший с глобальным снижением температуры. Эти новые данные могут помочь современным ученым понять, как и почему происходит диверсификация видов.

Для этого исследования были разработаны новые геномные технологии, позволяющие магнитным способом захватывать сотни генов и сотни тысяч букв генетического кода из каждого образца. Это позволило секвенировать широкий спектр растительного материала, как старого, так и нового, даже если ДНК была сильно повреждена.

Команда проанализировала вымершие растения, такие как оливковое дерево с острова Гваделупа (Hesperelaea palmeri), которое не видели живым с 1875 года, но секвенировали из высушенного растительного материала, сохранившегося в гербарии. На самом деле 511 видов из числа секвенированных уже находятся под угрозой исчезновения.

Огромные сокровищницы высушенного растительного материала в гербарных коллекциях мира, насчитывающие около 400 миллионов научных образцов растений, некоторые из которых были получены еще в XIX веке, теперь могут быть изучены генетически с помощью этих методов.

Помимо материала, полученного из гербариев 48 стран, команда также воспользовалась общедоступными данными по более чем 1 виду, что подчеркивает ценность открытой науки для будущих геномных исследований.

Открытый доступ к этому новому дереву и данным, лежащим в его основе, может иметь огромный потенциал в будущих исследованиях биоразнообразия. Ученые могут использовать дерево, чтобы понять и предсказать, как вредители и болезни будут влиять на растения Великобритании в будущем, например, или оценить, какие виды растений могут включать молекулы с лекарственным потенциалом.