22 maja 2024 r22 maja 2024 r

Kiedy widzimy duże pola pełne kwitnących roślin oraz mnóstwo pszczół i innych zapylaczy, ludzie mogą założyć, że reprodukcja roślin nie stanowi problemu.

Ale wygląd może mylić.

Badania przeprowadzone przez biologa z Clemson University Matthew Koski i byłą badaczkę ze stopniem doktora w Clemson Anitę Cisternas-Fuentes wykazały, że różnorodność genetyczna w populacji roślin może odgrywać główną rolę w reprodukcji.

Zapylacze, takie jak ptaki, pszczoły, motyle i inne owady, mają kluczowe znaczenie dla reprodukcji prawie 90% roślin kwiatowych na świecie. Kwiaty zawierają części męskie, z których wytwarza się pyłek, oraz części żeńskie, w których znajdują się zalążki. Zapylacze przenoszą pyłek z części męskiej na żeńską. Po przeniesieniu pyłku zalążki przekształcają się w nasiona.

Zdolność do reprodukcji jest większa niż osiągana w większości populacji.

„Ograniczenie pyłku jest głównym czynnikiem ograniczającym reprodukcję roślin i jest zjawiskiem powszechnym w populacjach roślin” – powiedział Koski, adiunkt na Wydziale Nauk Biologicznych.

Wiele badań nad ograniczeniem pyłku – zmniejszeniem produkcji nasion z powodu niedostatecznego odbioru pyłku – skupiało się na czynnikach ekologicznych, takich jak niedobór zapylaczy i liczba roślin kwitnących w populacji.

Wpływa na ograniczenie pyłku

Jednak różnorodność genetyczna może również na kilka sposobów wpływać na ograniczenie pyłku, powiedział Koski.

Niektóre rośliny mają zdolność rozmnażania się bezpłciowo poprzez klonowanie.

„Można spojrzeć na populację roślin, która wygląda na ogromną, ale genetycznie, jeśli jest to tylko garstka klonów, niewiele osobników przyczynia się do rozmnażania płciowego” – powiedział Koski, dodając, że w wysoce klonalnych populacjach roślin może istnieć całkowite ograniczenie inwestycji w rozmnażanie płciowe, zmniejszając ilość pyłku wytwarzanego na kwiat. „Możesz mieć tak ogromną populację roślin z dużą ilością kwiatów, ale przy niewielkiej produkcji pyłku”.

Sama wielkość populacji genetycznej, czyli populacja efektywna, może obniżyć jakość pyłku, który może zostać przeniesiony. Niektóre rośliny są samoniekompatybilne i nie są w stanie wytwarzać nasion, jeśli ich kwiaty są zapylane przez ich własne kwiaty lub przez kwiaty roślin, które są genetycznie takie same.

Znalezienie odpowiedniego typu krycia

„W wielu systemach roślin, w których występuje samoniezgodność, aby się rozmnażać, należy znaleźć odpowiedni typ kojarzenia. Zatem jeśli wszystkie rośliny w populacji mają podobny sposób krycia, pyłek może zostać przeniesiony z jednego kwiatu na drugi, ale nie będzie mógł się rozmnażać” – powiedział Koski.

Studiowali Koski i Cisternas-Fuentes Argentyna Anserina, znany również jako pięciornik srebrny, roślina szeroko rozpowszechniona w Ameryce Północnej i Eurazji, a także występująca w Chile, Australii i Nowej Zelandii.

„Odkryliśmy, że bardziej zróżnicowane genetycznie populacje rozmnażają się częściej. Wytwarzają więcej nasion, ponieważ mają pyłek wyższej jakości i wytwarzają więcej pyłku” – powiedział Koski. „Populacje małe genetycznie i wysoce klonalne wytwarzają mniej pyłku na kwiat”.

Dotyczyło to naturalnych populacji pięciornika srebrzystego, które badali na wolności w Kolorado, a także populacji w szklarni.

„To sugeruje, że istnieje jakiś czynnik genetyczny odpowiedzialny za zmniejszoną produkcję pyłku” – stwierdził Koski, dodając, że według jego wiedzy badanie to jest jednym z pierwszych powiązań między różnorodnością genetyczną populacji a ilością pyłku faktycznie wytwarzaną przez te kwiaty.

Zwiększona liczba wizyt zapylaczy

W innych badaniach sprawdzano wskaźniki odwiedzin zapylaczy i stwierdzono, że zwiększone wskaźniki odwiedzin zapylaczy będą miały korzystny wpływ na wydajność reprodukcyjną, powiedział Koski.

„Odkryliśmy, że dzieje się tak tylko w przypadku populacji roślin zróżnicowanych genetycznie” – powiedział. „Te wysoce klonalne populacje roślin mogą być odwiedzane przez wszystkie zapylacze na świecie, ale jeśli ich pyłek nie jest dobry lub jest niewiele osobników, z którymi można się kojarzyć, nie przyczyni się on do reprodukcji. Zatem tak, zapylacze są niezwykle ważne, ale były najważniejsze w genetycznie dużych populacjach roślin”.

Koski powiedział, że badania mają wpływ na ochronę przyrody i rolnictwo.

„Myśląc o wysiłkach na rzecz odtworzenia roślin zapylanych przez zwierzęta, zdecydowanie musimy wziąć pod uwagę nie tylko liczbę roślin, które wypuścimy, ale także to, skąd pochodzą i ile różnorodności genetycznej wkładamy w dany wysiłek w zakresie odtworzenia, – powiedział Koski.

Jest to szczególnie ważne w przypadku gatunków roślin, które są samoniekompatybilne, powiedział.

„Jeśli posadzisz pojedynczy genotyp rośliny, która nie jest w stanie krzyżować się z nikim innym w populacji, populacja ta jest właściwie skazana na zagładę. Zatem jeśli chodzi o wydajność reprodukcyjną, naprawdę musimy pomyśleć o składniku różnorodności genetycznej populacji roślin” – powiedział.

Bardziej zróżnicowane genetycznie, częstsze wizyty zapylaczy

Koski powiedział, że zaobserwował również, że w populacjach bardziej zróżnicowanych genetycznie występuje wyższy wskaźnik wizyt zapylaczy, niezależnie od tego, ile kwiatów faktycznie znajdowało się w populacji.

„Sugeruje to, że jakość nagród w tych genetycznie zróżnicowanych populacjach roślin może przyciągać więcej zapylaczy. To był naprawdę wyraźny wzorzec, zgodnie z którym im bardziej zróżnicowana genetycznie populacja, tym więcej wizyt zapylaczy” – powiedział.

Szczegółowe ustalenia można znaleźć w artykule zatytułowanym „Effective populacja size mediates the wpływ usług zapylania na ograniczenie pyłku”, opublikowanym w czasopiśmie Proceedings of the Royal Society B.