Многократное независимое возникновение или широкое распространение за счёт потока генов? Региональное популяционно-геномное исследование устойчивости к гербицидам у костра кровельного

Повторное возникновение устойчивости к гербицидам в сельском хозяйстве даёт беспрецедентную возможность понять, как организмы быстро отвечают на сильное давление отбора, обусловленное деятельностью человека. Недавно мы выявили популяции костра кровельного (Bromus tectorum L.), произрастающие на сельскохозяйственных угодьях и устойчивые к нескольким гербицидам. Чтобы установить эволюционное происхождение и пути распространения устойчивости, мы изучили механизмы устойчивости к ингибиторам ацетолактатсинтазы (ALS) и ингибиторам фотосистемы II — двум широко применяемым группам гербицидов — в 49 популяциях B. tectorum. Генетическое разнообразие, структуру и степень родства оценивали в подмножестве из 21 популяции. Несмотря на то что популяции происходили из сравнительно небольшого географического региона, устойчивость к ингибиторам ALS была связана с несколькими несинонимичными мутациями в гене-мишени ALS. Это позволяет предположить, что устойчивость к ингибиторам ALS неоднократно возникала в регионе. Мы также обнаружили свидетельства того, что в изученных популяциях развились и широко распространены механизмы устойчивости, не связанные с участком-мишенью. Устойчивость к ингибиторам фотосистемы II подтверждена в двух популяциях; она обусловлена несинонимичными мутациями в пластидном гене psbA. Популяционно-геномный анализ показал, что устойчивость к ALS в большинстве популяций распространялась на уровне нуклеотидных вариантов посредством потока генов. Однако в одной популяции были обнаружены признаки того, что мутации Pro-197-His могли независимо возникнуть трижды. Результаты свидетельствуют, что в распространении устойчивого к гербицидам B. tectorum участвовали как поток генов за счёт переноса пыльцы и/или семян, так и неоднократное локальное возникновение устойчивости. Полученные данные служат эмпирическим примером быстрого многократного возникновения признака под действием сильного антропогенного отбора и позволяют установить эволюционное происхождение устойчивости к гербицидам у сельскохозяйственно значимого вида растений.