В сети активно распространяются новости с заголовками «Российские ученые поняли, что геном борщевика уникален». В свою очередь, журналистов привлекла статья с сайта РНФ «В геноме борщевика оказалось вдвое больше генов, чем ожидалось». Один из авторов данного исследования Мария Логачева недавно выступила на нашей встрече с очень информативным докладом о результатах генетического исследования борщевиков. Посмотреть запись можно здесь (чуть больше часа по времени). Презентация — вот здесь.
В этой статье мы постараемся дать краткую расшифровку в научно-популярном формате некоторых научных проблем, терминов и понятий, прозвучавших в выступлении Марии. Сразу должны оговориться — попытки сделать информацию доступной иногда могут приводить к искажениям, поэтому в случае возникновения вопросов рекомендуем связаться с автором напрямую по почте: maria.log@gmail.com
В заметке мы разберем:
- Какие образцы изучались?
- Технология вкратце
- Что мы теперь знаем про борщевик Сосновского?
- Что такое парадокс инвазивных видов?
- Борщевики в Крыму
- Результаты более подробно
- Перспективы и благодарности
Какие образцы изучались?
Были собраны большое число образцов рода Heracleum из разных регионов — как живые, так и гербарные (картинка ниже). Главная цель — анализ образцов б. Сосновского и б. Мантегацци из разных регионов. Другие же виды изучались в качестве дополнения (внешней группы). Большое число образцов было предоставлено гербарием БИН РАН, а также гербарием МГУ и Никитского сада. Большой интерес представляют образцы из Кавказа (первичного ареала), а также из Камчатки.
Одна из проблем — люди часто путают борщевики с другими зонтичными (например, с дудниками). А также были выявлены случаи неверного определения в гербариях:
Технология вкратце
Алгоритм изучения образцов: выделение ДНК — секвенирование (определение последовательностей ДНК) — картирование и изучение последовательностей. Большой проблемой является деградация ДНК в старых образцах.
Вот так выглядят образцы:
Секвенатор в отдельном помещении:
В клетках растений можно встретить целых 3 вида генома! Изучали участки пластидного генома, а из ядерного — рибосомную РНК:
При сборке генома выяснилось, что у борщевика очень много генов — 55 000!
Основные выводы
- Часто встречается неверное определение борщевиков.
- Борщевик Сосновского и борщевик Мантегацци — один вид!
- Образцы борщевика пушистого (heracleum pubescens) из Крыма — это борщевик Сосновского/Мантегацци! Как правильно теперь назвать виды — очень хороший вопрос!
- Борщевик персидский (heracleum persicum) — обособленный вид.
- Для б. Сосновского/Мантегацци снижения генетического разнообразия во вторичном ареале не наблюдается!
- У борщевика Сосновского/Мантегацци очень много генов — 55 тысяч. Это вызвано многократным копированием участков генома.
- Представление о борщевике сибирском (h. sibiricum) как подвиде б. обыкновенного (h. sphondylium) — подтверждается.
2 новости — хорошая и плохая. Хорошая — борщевика Сосновского больше не будет! Плохая — мы уничтожим его путем переименования…
— Минутка борщевичного юмора ))
Что такое парадокс инвазивных видов?
Одно из важных понятий — так называемый «парадокс инвазивных видов». Дело в том, что для успешного расселения (в новые ареалы) видам необходимо высокое генетическое разнообразие. С другой стороны, в процессе заноса обычно путешествует какая-то небольшая и обособленная группа. Проще говоря, несколько первоначальных растений не могут дать большого генетического разнообразия. И это препятствует успешному расселению.
Но для борщевика Сосновского нет никакого парадокса инвазивных видов! В процессе интродукции и селекции было завезено очень много разных семян из Кавказа, большими партиями и из разных местообитаний. В генетическом плане б. Сосновского в средней России столь же разнообразен как и на своей родине.
В тоже время борщевик персидский (heracleum persicum), который является инвазивным видов в Норвегии, не смог расселиться дальше (на юг) по причине парадокса инвазивных видов. Борщевик персидский является поликарпиком, т.е. цветет несколько раз в отличие от б. Сосновского/Мантегацци.
Крымские борщевики
Один из интересных выводов — образцы из Никитского ботанического сада, определенные как борщевик пушистый (heracleum pubescens) не показывают отличий от б. Сосновского/Мантегацци! Ранее озвученные предположения нашли подтверждения.
Результаты более подробно
Ниже несколько более сложных для понимания слайдов из презентации:
Суть в том, что у борщевика так много генов за счет дупликации (копирования). Вместе с тем, геном копируется не целиком, а большими участками. Затем в копиях начинают накапливаться замены (мутации) — звездочками на слайде ниже обозначены одинаковые аминокислоты, точками — не одинаковые, но похожие по свойствам.
В целом, в геноме сохраняется та же последовательность нуклеотидов, но при этом функции генов могут сильно меняться. Всё это дает борщевикам увеличение «биохимического разнообразия» и позволяет лучше приспосабливаться к изменению условий.
Ниже парочка слайдов, обосновывающих отсутствие различий у б. Сосновского и б. Мантегации различий. А также показано отсутствие «парадокса инвазивных видов». Б. персидский при этом обособлен:
Также рекомендуем посмотреть лекцию Марии Логачевой «Зеленые захватчики. Инвазивные растения: взгляд со стороны генома»
Запись доклада на Зимней встрече СтопБорщевик
Перспективы
- Переопределение сомнительных образцов.
- Изучение гибридов б. Сосновского с местными видами. Особенно интересны гибриды с борщевиком шерстистым (на Камчатке) и б. сибирским. По данным CABI (Invasive species compendium) гибриды с б. сибирским/обыкновенным возможны, но они стерильны.
- Интересно изучить материалы из ранних попыток интродукции (гербарий ТСХА).
- Поликарпические образцы б. Сосновского/Мантегацци (есть данные о том, что они составляют ~1% популяции).
- Дальнейшее изучение ядерного генома борщевика.
Мы будем очень признательны, если вы захотите поделиться интересными образцами. Для связи пишите Елене Птицыной, Марии Логачевой maria.log@gmail.com, а также нашим координаторам!
Благодарности:
От лица координаторов нашего движения выражаем благодарность сотрудникам Никитского ботанического сада Никифорову Александру Ростиславовичу и Корженевскому Владиславу Вячеславовичу! Также мы глубоко признательны нашим волонтерам за сбор образцов!
И наконец, парочка борщемемов, куда же без них! ))
