Silene - это род цветковых растений, у которых развилась двудомная репродуктивная система. Это стало возможным благодаря гетероморфным половым хромосомам, выраженным как XY. [1] [2] Silene недавно развил половые хромосомы 5-10 миллионов лет назад и широко используются генетиками и биологами для изучения механизмов определения пола, поскольку они являются одним из 39 видов в 14 семействах покрытосеменных , обладающих определяющими пол. гены. [3] Силены изучаются из-за их способности производить потомство с множеством репродуктивных систем. Общий вывод, сделанный из таких исследований, заключается в том, что пол потомства определяется Y-хромосомой.
Эволюция половых хромосом [ править ]
Биологи обнаружили, что половые хромосомы у растений произошли от пар аутосом. Поскольку эти хромосомы расходятся от своего аутосомного предка и друг от друга как гомологичная пара, они могут увеличиваться или уменьшаться в размере из-за мутации и рекомбинации. В случае Silene пара аутосомных хромосом трансформируется в гетероморфные определяющие пол хромосомы, выраженные как XY. Важно понимать, что не все виды Silene имеют такую систему определения пола. Некоторые из них, например S. colpophylla, обладают гомоморфными половыми хромосомами. [4]
У растений с хромосомами, определяющими пол, таких как Silene, могут развиваться однополые репродуктивные структуры из-за утраты и усиления генов, определяющих пол. Мутации могут вызвать женское бесплодие, мужское бесплодие или неблагоприятные сочетания генов, которые могут привести к моноэзии , гинодиэзии и раздельности . [4]
Виды Silene с разными репродуктивными системами [ править ]
Механизмы, участвующие в определении пола Silene, сложны и могут приводить к различным репродуктивным системам потомства. В таблице ниже представлены только несколько примеров этих возможных систем. Чаще всего в этом роде встречаются гермафродитизм (однодомное растение с тычинками и пестичками), раздельнополость (мужские и женские репродуктивные системы, обнаруженные в отдельных морфах) и гинодиэзия (наличие женских и гермафродитных репродуктивных систем среди людей в популяции. ).
| Название вида [5] | Репродуктивная система [5] |
|---|---|
| S. latifolia | раздельнополость |
| S. dioica | раздельнополость |
| С. diclinis | раздельнополость |
| S. pendula | гинодиэзия |
| С. noctiflora | гинодиэзия, гермафродит |
| С. acaulis | трио |
| S. saxifraga | gynodioecy, andromonoecy |
| S. vulgaris | гинодиэзия, триоэзия |
| S. gallica | гермафродит |
| S. inaperta | гермафродит |
Генетика [ править ]
Из 300 000 видов покрытосеменных Silene относятся к 5–10 процентам, индивидуальное потомство которых может быть разнополым. [6] [7] Гетерморфные хромосомы, определяющие пол, очень редко встречаются в родах растений; некоторые известные примеры, которые обладают ими, помимо Silene , - это Rumex , Humulus и Cannabis . [8]
Все диплоидные виды Silene имеют одинаковое количество хромосом (n = 12); мужчины обладают определяющими пол Y-хромосомами, которые намного больше, чем X-хромосомы. [4] [9] Рекомбинация обычно происходит только тогда, когда две X-хромосомы (XX) спариваются во время женского мейоза. Напротив, рекомбинация подавляется в большинстве Y-хромосом во время спаривания в мужском мейозе (XY). [10] Когда рекомбинация действительно происходит в хромосомах XY, она ограничивается кончиками хромосомы, оставляя большую часть генетического материала в хромосоме Y нетронутой.
Важность Y-хромосомы [ править ]
Несколько исследований, посвященных Silene latifolia , показали корреляцию между локусами на Y-хромосоме и полом, фенотипически выраженным в цветке . Два из этих сцепленных с полом гена «способствуют развитию мужского пола» (мужская фертильность и мужское продвижение), и один из них кодирует подавление женского пола. [4] [6] Следовательно, Y-хромосома несет три доминантных гена, которые определяют сексуальное выражение в потомстве Silene . Если во время репродукции в Y-хромосоме происходят делеции и мутации, то теряются разные сцепленные с полом гены. Различные комбинации возможных генов, связанных с полом, которые индивидуум Silene могут иметь в одной Y-хромосоме, что создает богатое разнообразие половых фенотипов во всем этом роду.
Сексуальное выражение [ править ]
Система определения пола у Silene latifolia близка к системе определения пола человека, потому что в обоих случаях Y-хромосома определяет, какие репродуктивные механизмы будут выражены у потомства. Они различаются тем, что на Y-хромосоме S. latifolia имеется несколько генов, определяющих пол , в то время как у людей наличие или отсутствие Y-хромосомы строго определяет, является ли потомство мужским или женским.
Различные комбинации генов, присутствующих в хромосоме Silene Y, влияют на сексуальное выражение в организме . Например, есть две генетические вариации, которые могут привести к мужскому бесплодию у S. latifolia : если он обладает двумя Y-хромосомами (YY) или если Y-хромосома обладает генами подавления самок и генами, способствующими самцов. Silene также подвержены инфекциям, передающимся половым путем.что вызывает бесплодие. Другая возможная комбинация включает в себя присутствие всех трех сцепленных с полом генов (подавление самцов, подавление самок и стимулирование самцов), которые производят половозрелое потомство самцов. Цветок является гермафродитом, когда присутствуют и мужской ген, способствующий плодовитости, и мужской ген фертильности. Наконец, Y-хромосомы, несущие как гены подавления самок, так и гены мужской фертильности, создают бесполый организм. [6]
См. Также [ править ]
- Dioecy
- Гинодиэзия
- Инфекция, передающаяся половым путем, у Silene latifolia
Ссылки [ править ]
- ^ Xiong, Erhui; У, Сяолинь; Ян, Ле; Ван, Вэй (01.01.2016). Хаким, Халид Рехман; Томбулоглу, Хусейн; Томбулоглу, Гузин (ред.). Plant Omics: тенденции и приложения . Издательство Springer International. С. 363–380. DOI : 10.1007 / 978-3-319-31703-8_15 . ISBN 9783319317014.
- ^ Zluvova, Житок; Георгиев, Севдалин; Яноусек, Богуслав; Чарльзуорт, Дебора; Выскот, Борис; Негрутиу, Иоан (1 сентября 2007 г.). «Ранние события в эволюции Y-хромосомы Silene latifolia: мужская специализация и рекомбинационный арест» . Генетика . 177 (1): 375–386. DOI : 10.1534 / genetics.107.071175 . PMC 2013713 . PMID 17603119 .
- ^ Мур, RC; Харкесс, AE; Вайнгартнер, Луизиана (01.07.2016). «Как быть сексуальной моделью растения: целостный взгляд на исследование половых хромосом» . Американский журнал ботаники . 103 (8): 1379–1382. DOI : 10,3732 / ajb.1600054 . ISSN 0002-9122 . PMID 27370315 .
- ^ а б в г Мин, Рэй; Бендахман, Абдельхафид; Реннер, Сюзанна С. (01.01.2011). «Половые хромосомы у наземных растений». Ежегодный обзор биологии растений . 62 : 485–514. DOI : 10,1146 / annurev-arplant-042110-103914 . ISSN 1545-2123 . PMID 21526970 .
- ^ a b ДЕФЕ, КРИСТИНА (2016). «Эволюция репродуктивных систем рода Silene». Труды: Биологические науки . 263 (1369): 409–414. JSTOR 50722 .
- ^ а б в г Кейновский, Выскот (2010). "Silene latifolia: Классическая модель изучения гетероморфных половых хромосом". Цитогенетические и геномные исследования . 129 (1–3): 250–262. DOI : 10.1159 / 000314285 . PMID 20551610 .
- ^ Käfer, J .; Талианова, М .; Фанат, Т .; Michu, E .; Guéguen, L .; Widmer, A .; Lůvová, J .; Glémin, S .; Марэ, Г. а. Б. (01.02.2013). «Закономерности молекулярной эволюции раздельнополых и недельнополых Silene» . Журнал эволюционной биологии . 26 (2): 335–346. DOI : 10.1111 / jeb.12052 . ISSN 1420-9101 . PMID 23206219 .
- ^ Деллапорта, SL; Кальдерон-Урреа, А. (1993-10-01). «Определение пола у цветковых растений» . Растительная клетка . 5 (10): 1241–1251. DOI : 10.1105 / tpc.5.10.1241 . ISSN 1040-4651 . PMC 160357 . PMID 8281039 .
- ^ Чарльзуорт, Дебора (2002-02-01). «Определение пола растений и половые хромосомы» . Наследственность . 88 (2): 94–101. DOI : 10.1038 / sj.hdy.6800016 . ISSN 0018-067X . PMID 11932767 .
- ^ Бернаскони, G .; Антоновичс, Дж .; Biere, A .; Charlesworth, D .; Delph, LF; Филатов, Д .; Giraud, T .; Hood, ME; Марэ, Г. а. Б. (01.07.2009). «Silene как модельная система в экологии и эволюции» . Наследственность . 103 (1): 5–14. DOI : 10.1038 / hdy.2009.34 . ISSN 1365-2540 . PMID 19367316 .
