Důsledky genomové duplikace u planého druhu r. Arabidopsis

Polyploidie neboli duplikace celého genomu je jedním z důležitých mechanismů vzniku druhů, který stojí za celou řadou evolučních radiací včetně kytosemenných rostlin nebo obratlovců. Zejména u rostlin je polyploidie velmi častá a přispěla zde k evolučním novinkám i u mnoha invazních rostlin či klíčových plodin jako brambory, pšenice, káva nebo rýže. Navzdory této důležitosti se genomický výzkum polyploidům díky složitosti jejich genomů spíše vyhýbá a o evolučních procesech probíhajících v přirozených populacích nevíme téměř nic.

Polyploidní Arabidopsis arenosa se přizpůsobil široké škále podmínek, například i vysokohorskému prostředí rumunských Karpat (foto F. Kolář)

Arabidopsis arenosa je jediným zástupcem předního rostlinného modelového rodu, který se ve volné přírodě vyskytuje běžně jako diploid i polyploid a představuje tak unikátní "přírodní laboratoř" umožňující studovat důsledky polyploidie přímo v přirozených populacích. Toho výzkumníci z obou týmů využili a v rozsáhlé studii založené na resekvenaci téměř 300 jedinců z celého areálu druhu testovali rozdíly v genetické struktuře diploidních a tetraploidních populací.

Výsledky ukazují, že polyploidní populace sice akumulují více potenciálně škodlivých mutací, zároveň však také hromadí větší množství pozitivně selektovaných variant. Navíc jsou schopni přijímat další variabilitu prostřednictvím genového toku od svých diploidních předků i jiných blízce příbuzných druhů. Polyploidní populace tak mohou fungovat jako jakési "evoluční houby", nasávající potenciálně výhodnou variabilitu z různých zdrojů, což může přispívatět k jejich evolučnímu úspěchu polyploidů.

Výzkum na  Arabidopsis arenosa na katedře botaniky pokračuje a několik týmů nyní využívá tento druh ke studiu genetické podstaty a ekologických důsledků lokální adaptace k alpinskému a toxickému prostředí a roli mezidruhového křížení a genetické proměnlivosti při speciaci.

Více na https://botany.natur.cuni.cz/ecolgen a http://plantreproevo.natur.cuni.cz/

Článek v časopise Nature Ecology and Evolution je volně přístupný ZDE.