ゲノム重複は、ムラサキグロムウェルなどの多くの顕花植物で発生しています。
デビッド・チャップマン/アラミー
遺伝子指令の余分なコピーは、開花植物が恐竜を絶滅させた大惨事を含む大量絶滅から生き残るのに役立っている可能性があります。
新しい発見は、被子植物（ヒナギク、草、果樹などの開花植物）が、偶然に複製されたゲノムのおかげで、地球の先史時代の大きな環境および生態学的激変を生き残った可能性があることを示唆しています。通常、これらの余剰ゲノムは進化上の重荷ですが、混乱期には被子植物が繁栄して今日私たちが見ている支配的な植物になるのを助けることができます。
通常、有性生殖を行う生物は、それぞれの親から 1 つずつ、計 2 つの染色体のコピーを持っています。しかし、植物、特に被子植物は倍数性と呼ばれる状態を 2 つ以上持つことが多く、これは生殖細胞内でゲノムが半分にならないことの結果です。ジャガイモや一部の品種の小麦などの植物には、染色体のコピーが 4 つあります。 8 部以上のコピーを持つ人もいます。
ドイツのゲッティンゲン大学のヘンチー・チェン氏によると、今日の被子植物の3分の1は倍数体であるという。しかし、倍数性の深い進化の歴史に関するこれまでの分析では、古代の重複は非常にまれであることが示唆されています。
「ほとんどの倍数体生物は長期進化の過程で絶滅しました」とチェン氏は言う。
彼と彼の同僚は、被子植物の多くのゲノム重複がなぜ数百万年前に沈静化し、他のものが根付いたのかを知りたいと考えていました。彼らは、進化系統樹を作成するために 470 種の被子植物のゲノムを分析しました。約1億5000万年の進化を通じて、研究チームはゲノムが大昔に複製された132回の出来事を検出し、年代を特定した。
これらの重複は、1 億 800 万年前から 1,400 万年前の 9 つの先史時代に分類されました。それらのほとんどすべては、気候変動、酸素レベルの変化、または非鳥類恐竜を絶滅させた白亜紀末の小惑星衝突を含む大量絶滅などの主要な環境または地質学的出来事と一致しました。世界的な混乱の時代には、倍数体植物が全盛期を迎えたかに見えました。
多くの場合、倍数性は大きな欠点となり、成長が遅れたり、非倍数体近縁種との交配が困難または不可能になったりします。しかし、激動の時代は、複数の収束要因を通じて、倍数体植物のありそうもない成功への布石を打った可能性がある。
たとえば、極度の暑さや寒さは生殖中にエラーが発生する可能性を高め、そもそも倍数性の増加を促した可能性があるとチェン氏は言う。倍数体は、干ばつや塩分への曝露などのストレス要因に対する耐性も優れている可能性があり、急速に変化する世界では追加の遺伝子が新たな機能を開発する可能性があります。さらに、競合他社が消滅するにつれて、エコシステムの変化には新たなチャンスが生まれます。
「もともと個体群の片隅に隠れていた、もともと小さい倍数体の個体が、どういうわけかより多くの資源にアクセスできるようになり、このストレス適応度の利点も得られる可能性がある」とチェン氏は述べ、これが生存率の向上につながっているという。
被子植物の非常に柔軟で冗長なゲノムが、集団としての成功の鍵となる可能性がある、と彼は言う。
ゲインズビルにあるフロリダ自然史博物館のパメラ・ソルティス氏は、より多様な被子植物種のより大規模なサンプリングが結果にどのような影響を与えるかについて興味を持っています。 「今回の分析は以前の研究に比べて大規模であるという事実にもかかわらず、470種という種は被子植物種のほんの一部に過ぎません」と彼女は言う。
合計は40万近くあるが、新しいゲノムが「非常に速い速度」で利用可能になりつつあるとソルティス氏は言う。
