Полиплоидия: её последствия и роль в диверсификации и эволюции растений

Введение: Большинство, если не все, видов зелёных растений (Viridiplantae), включая покрытосеменные и папоротники, являются полиплоидами либо несут в геномах признаки древней полиплоидии или удвоения всего генома. Полиплоидия характерна не только для основных сельскохозяйственных культур, таких как пшеница, кукуруза, картофель и капустные, но и часто встречается у дикорастущих видов и в естественных местообитаниях. Поэтому полиплоидию рассматривают как один из важнейших факторов эволюции; её влияние на эволюцию геномов и хромосом стало предметом многочисленных исследований. Разрабатываются механистические модели вновь сформированных геномов, учитывающие особенности эволюции и перестройки последовательностей — генов с низкой численностью копий, регуляторных последовательностей и повторяющихся ДНК, — изменение функций генов, восстановление контроля над генами, представленными в нескольких копиях, а также часто спаривание хромосом в мейозе, рекомбинацию и восстановление плодовитости.

Область исследования: Всемирный интерес к эволюции зелёных растений в различных условиях — от небольших изолированных популяций до глобальных экосистем — свидетельствует о необходимости глубже изучить вклад полиплоидии в видообразование растений и их адаптацию к изменениям окружающей среды. В представленном специальном выпуске Annals of Botany обсуждаются перспективные исследования и модели, основанные на цитогенетике, изучении экспрессии генов, геномном анализе и секвенировании геномов; они посвящены поведению новых полиплоидов и возможным направлениям эволюции генома. Рассматриваются фундаментальные вопросы о преимуществах и недостатках полиплоидии, её последствиях для эволюции и видообразования, а также прикладные вопросы, связанные с распространением полиплоидов в окружающей среде и проблемами селекции и использования диких родственных форм посредством интрогрессии или ресинтеза полиплоидов.

Выводы: После полиплоидизации эволюционируют число хромосом, размер генома, повторяющиеся последовательности ДНК, гены и регуляторные последовательности, а также их экспрессия; это порождает разнообразие и потенциально новые признаки и способствует диверсификации видов. В условиях меняющегося климата и появления новых стрессовых факторов число полиплоидов в естественных, управляемых и нарушенных экосистемах может продолжать увеличиваться.