Uważa się, że proces specjacji, w którym ewoluuje nowy gatunek, jest powolny i obejmuje wiele różnych genów, które wpływają na zachowanie, fizjologię, ekologię, a nawet anatomię ewoluującego gatunku. Uważa się, że specjacja spowodowana mutacją w pojedynczym genie, która izoluje osobnika reprodukcyjnie, jest wysoce nieprawdopodobna. Jednak botanicy z University of Connecticut niedawno zidentyfikowali właśnie taką zmianę w genomie niektórych gatunków małpich kwiatów; sugerują, że doprowadziło to do zmiany zapylacza i dało początek nowym gatunkom.

Monkeyflowers (rodzaj Mimulus) rosną na trudnych, bogatych w minerały glebach, na których inne rośliny nie rozwijają się. Kwiaty są słynnie zróżnicowane pod względem kształtu i koloru i były przedmiotem wielu badań nad genetycznym pochodzeniem wzorów i odcieni na płatkach. Naukowcy wiedzą już, że około 5 milionów lat temu gatunek małpoluda przeszedł mutację, która spowodowała utratę żółtych pigmentów w płatkach; zamiast tego mutacja wytworzyła odcienie różu, które przyciągały pszczoły jako czynniki zapylające.

Następnie gatunek potomny zgromadził nowe mutacje w genie o nazwie YUP, które miały wpływ na odzyskanie zdolności do tworzenia żółtych pigmentów, co doprowadziło do produkcji czerwonych kwiatów. Gatunek ten nie przyciągał już pszczół, ale zamiast tego kolibry stały się zapylaczami, izolując w ten sposób genetycznie rośliny o czerwonych kwiatach i prowadząc do rozwoju nowego gatunku.

Yaowu Yuan, botanik z UConn, i doktor habilitowany Mei Liang (obecnie profesor na Uniwersytecie Rolniczym w Południowych Chinach), wraz ze współpracownikami z czterech innych instytutów, pokazali teraz dokładnie, który gen został zmieniony, aby zapobiec wytwarzaniu żółtego pigmentu przez małpy lata temu. Ich badania, opublikowane w czasopiśmie Naukadodaje wagi teorii, że specjacja może rzeczywiście zachodzić poprzez zmiany w pojedynczych genach.

Gen YUP, o którym mowa, znajduje się w regionie (locus) genomu małpiego kwiatu, który ma trzy nowe geny. Te nowe geny nie występują u gatunków spoza tej grupy. Są duplikatami innych genów z innych części genomu małpiego kwiatu. W szczególności YUP jest częściowym duplikatem wcześniej istniejącego genu, który nie ma nic wspólnego z produkcją kolorowych pigmentów.

Standardowa genetyka uważa, że ​​​​częściowe zduplikowane geny regulują geny, z których pochodzą; naukowcy uznali, że jest bardzo mało prawdopodobne, aby te geny miały wpływ na niepowiązane geny odpowiedzialne za kolorowe pigmenty. Liang postanowił zbadać, co robią te geny, wbrew radom Yuana, który uważał, że to strata czasu.

Intuicja Liang opłaciła się: odkryła, że ​​gen YUP w rzeczywistości celuje w główny regulator karotenoidów roślin, pigmenty, które sprawiają, że małpie kwiaty i płatki innych roślin są żółte. YUP wytworzył wiele małych RNA, które tłumiły gen karotenoidu. Istnieje bardzo niewiele przykładów genów, które wytwarzają małe RNA wpływające na cechy ważne dla stworzenia nowego gatunku.

„To doświadczenie naprawdę nauczyło mnie, jak ważne jest, aby nie ograniczać się do„ konwencjonalnej mądrości ”- powiedział Yuan. YUP nie tylko reguluje gen, ale jest z nim całkowicie niezwiązany, ale pozostałe dwa geny w tym samym locus również wpływają na kolor małpiego kwiatu, mówi Yuan. Wyjątkowość tych trzech genów, występujących tylko w kilku blisko spokrewnionych gatunkach małpich kwiatów, jest ważną wskazówką, jak ewoluują nowe gatunki.

„Prawie każdy gatunek ma unikalne geny” – powiedział Yuan. Są one znane jako geny „specyficzne dla taksonów”, ponieważ występują tylko w niewielkiej grupie gatunków. „Przeważnie nie mamy pojęcia, co robią te geny”.

Badania te pokazują, że te geny specyficzne dla taksonu mogą być kluczem do powstania nowego gatunku. Wcześniej wielu genetyków i biologów ewolucyjnych uważało, że różnicują je zmiany w ekspresji wspólnych genów, wspólnych dla wielu różnych gatunków, i że jest mało prawdopodobne, aby niewielka liczba idiosynkratycznych genów była ważna.

„Uważamy, że rozumiemy ewolucję wystarczająco dobrze, aby przewidywać. Ale teraz zdajemy sobie sprawę, że tak naprawdę nie. Ewolucja jest tak nieprzewidywalna” – powiedział Yuan.

Jego laboratorium przygląda się teraz, w jaki sposób genom małpiego kwiatu kontroluje przestrzennie produkcję pigmentu. Na przykład niektóre małpie kwiaty mają górne płatki, które są całkowicie białe, ale dolne płatki są kolorowe. Yuan i jego współpracownicy chcą wiedzieć, w jaki sposób rośliny tłumią pigment tylko w niektórych częściach kwiatu.

—

Przez Alison Bosman, Earth.com Pisarz personelu

Sprawdź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji stworzonej przez Erica Rallsa i Earth.com.