Древние гены помогают альпийским растениям адаптироваться к изменению климата

Лесная гвоздика (Dianthus sylvestris) в естественной среде обитания в Вале, высоко над ледником Горнер. В горных районах эти растения цветут раньше, чем представители того же вида в долинах. Автор: Симоне Фиор

Исследователи из ETH Zurich обнаружили, что древние генетические варианты контролируют время цветения альпийской гвоздики, помогая этому виду адаптироваться к изменению климата.

Лесная гвоздика (Dianthus sylvestris) — многолетнее растение, распространенное в Альпах на высотах от 800 до 2400 метров. Хотя высокогорные и долинные растения похожи, между ними со временем возникли различия. Ключевая характеристика — время цветения: в горах гвоздики цветут сразу после таяния снега в июне, а в долинах начинают цвести в мае, но их вегетационный период начинается гораздо раньше.

Генетический контроль цветения

В ходе десятилетнего исследования ученые изучили три популяции лесной гвоздики из долин и три из горных районов швейцарского кантона Вале. Они проанализировали специфический ген у 1000 особей и провели эксперименты по пересадке.

«Гвоздики в альпийских районах не только цветут как можно раньше, но и как можно быстрее производят семена», — объясняет профессор Алекс Видмер. «Это адаптация к короткому сезону на больших высотах. В отличие от них, растения в долинных регионах имеют больше времени».

Исследователи обнаружили ген DsCEN/2, который определяет время цветения и роста гвоздики. Ген имеет два варианта (аллеля), различающихся между популяциями: растения в долинах преимущественно обладают «теплым» аллелем, а в горах — «холодным».

Древнее происхождение

Моделирование показало, что оба аллеля невероятно стары — «старше самой лесной гвоздики». Анализ генов родственных видов показал, что важные различия между теплым и холодным аллелями присутствуют даже у очень отдаленно родственных видов.

Исследователи пришли к выводу, что варианты генов возникли не из-за мутаций в геноме самой лесной гвоздики, а у других видов рода Dianthus 1-2 миллиона лет назад, во время быстрой диверсификации видов.

Перспективы адаптации к климату

Два генетических варианта, вероятно, сыграют роль в реакции лесной гвоздики на глобальное потепление. «Теплый» аллель уже присутствует в высокогорных популяциях, и по мере роста температур этот генетический вариант может продолжать распространяться там и стать доминирующим в будущем.

«Лесная гвоздика обладает инструментами из прошлого для адаптации к изменению климата в настоящем», — подчеркивает Видмер. Однако он отмечает, что нынешний теплый период происходит с беспрецедентной скоростью, и вопрос о том, смогут ли альпийские растения адаптироваться достаточно быстро, остается открытым.

Исследование опубликовано в журнале Science.