Одиночное опыление у цветковых растений встречается чаще, чем считалось

Ceiba pentandra — крупное дерево в Коста-Рике, опыляемое летучими мышами. Исследование показало, что в одной популяции этого вида все семена в плоде имели одного отцовского родителя, тогда как в другой — двух. Автор фото: Маурисио Кесада.

Хотя все семена в плоде имеют одинаковый материнский геном, отцовские геномы могут происходить от пыльцы одного или нескольких родителей. Ранее считалось, что у цветковых растений чаще встречается множественное опыление на уровне цветка.

В процессе оплодотворения и формирования плодов у растений с множественными семенами могут возникать различные геномные конфликты: конкуренция за питательные ресурсы между материнским растением и потомством, между развивающимися семенами, а также между отцовскими и материнскими геномами. Связь этих конфликтов с количеством отцовских родителей оставалась неясной.

Чтобы прояснить распространённость моногамии и полиандрии у цветковых растений, группа индийских исследователей провела систематический обзор литературы с 1984 по 2024 год и метаанализ 63 видов растений из разных семейств. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Учёные анализировали количество отцовских родителей в зависимости от способности к самоопылению, числа семян и филогенетических связей.

Оказалось, что 52% изученных растений с многосемянными плодами имели в среднем от 1 до 1,5 отцовских родителей на плод. Из них 24% опылялись исключительно одним родителем, а у 28% среднее количество варьировалось от 1 до 1,5. Лишь 19% растений демонстрировали более трёх отцовских родителей.

Ceiba pentandra — крупное дерево в Коста-Рике, опыляемое летучими мышами. Исследование показало, что в одной популяции этого вида все семена в плоде имели одного отцовского родителя, тогда как в другой — двух. Автор фото: Маурисио Кесада.

Распространённость единственного отцовского родителя также зависела от количества семян: у видов с 10–100 семенами на плод она составила 77%, а с более чем 100 семенами — 47%. Среди растений с 2–10 семенами 54% имели одного отцовского родителя. Это опровергает предположение, что с ростом числа семян увеличивается и количество отцовских родителей.

65% изученных видов оказались самостерильными (неспособными к самоопылению). У таких растений единственное отцовство встречалось чаще (59% случаев) по сравнению с самоопыляемыми видами (41%).

Исследователи также выяснили, что количество отцовских родителей и система размножения не зависят от эволюционной истории. Как отмечают авторы: «Наблюдаемое распределение отцовства среди цветковых растений оказалось независимым от филогенетических связей, что говорит об отсутствии эволюционных ограничений на эти паттерны».

Учёные предполагают, что единственное отцовство может снижать геномные конфликты у растений. «Перекрёстноопыляемые растения могут смягчать конфликты двумя способами: а) развитием крупных цветков, привлекающих специализированных опылителей, способных переносить много пыльцы от одного родителя, и б) уменьшением числа семяпочек в мелких цветках, которые часто опыляются универсальными опылителями».

Хотя у многих растений наблюдалось множественное отцовство, моногамия встречалась чаще ожидаемого. Авторы отмечают сходство этих паттернов с системами спаривания у животных — неожиданный результат. Эти данные могут помочь в разработке программ селекции сельскохозяйственных культур и стратегий сохранения растений.

Дополнительная информация: Kamaljit S. Bawa et al, Prevalence of monogamy at the level of flowers in plants, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2506724122