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低突变率有助于浮萍的低遗传多样性

浮萍 - 对于许多水生动物如鸭子和蜗牛来说,这是一种享受,但对于池塘主人来说,有时候是一种刺。这些微小且快速生长的植物对研究人员非常感兴趣,至少不是因为它们的工业应用 - 例如,净化废水或产生能量。.

来自明斯特,耶拿(德国),苏黎世(瑞士)和喀拉拉邦(印度)的国际研究团队最近研究了浮萍的基因组学。他们发现遗传多样性,即个体间不同的遗传特征总数,非常低。

“这是非常了不起的,因为他们的人口规模非常大 - 例如,在一个池塘中可能有数百万人,”明斯特大学植物进化生态学教授,该研究的第一作者徐树清说。 。

为了解这一谜背后的原因,由Jena和明斯特大学Max Planck化学生态研究所的Meret Huber博士领导的植物研究小组测量了这种浮萍在室外条件下的突变率,即累积了多少突变每一代。结果:该植物的遗传多样性低,伴随着极低的突变率。“我们的研究强调,准确估计突变率对于解释物种间遗传多样性的模式非常重要,”Meret Huber说。结果不仅与未来的植物进化研究有关,包括许多具有类似浮萍等生殖策略的作物,它们还将加速浮萍在基础研究和工业应用中的应用。自然通讯。

背景

虽然突变是进化变化的原料,但它们通常伴随着健身障碍。进化研究人员假设在人口众多的物种中进行自然选择可以使突变率尽可能低。根据这一假设,种群数量非常大的物种在某些条件下可能会发展出极低的突变率 - 这反过来又会导致极低的遗传多样性。然而,到目前为止,科学家还未能在真核生物中显示这种联系,即细胞具有细胞核的生物。其中一个原因是突变率很难通过实验来衡量。

研究人员从分布在世界各地的68个水体中采集了巨型浮萍(Spirodela polyrhiza)的样本,并读取了整个基因组的DNA序列。他们发现,与其地理起源一致,样本分为四个基因群:美洲,欧洲,印度和东南亚。基于基因组序列信息,他们发现该物种的遗传多样性是多细胞真核生物中报道的最低值。

由于遗传多样性是由突变率和有效种群大小决定的,因此科学家们通过实验估计了突变率并计算了有效种群规模。由于外部条件可以影响突变率,因此他们在室外条件下进行了实验。结果:通过对基因组进行测序,他们发现巨型浮萍中的突变率是多细胞真核生物中确定的最低值。正如预期的那样,估计的有效人口规模相当大。

研究人员怀疑巨型浮萍的庞大种群数量,以及因此在进化过程中选择的大量可能性,导致突变减少到最低程度。这反过来可以解释低遗传多样性。“我们的研究为不同物种间遗传多样性的原因和方式提供了新的见解,”徐淑清说。

科学家们正在与他们的合作者一起研究更多浮萍样品的基因组,并计划进行户外选择实验。他们希望发现哪些其他因素可能在塑造这种植物的进化中发挥作用。

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