Исследовательский коллектив из Университета Восточной Англии выполнил секвенирование полного генома первоцвета обыкновенного. Главной целью ученых стало уточнение генетических механизмов, позволяющих этому растению иметь разную длину пестиков и тычинок у разных особей.
Необычная особенность первоцвета обыкновенного, известного также под названием примула (Primula vulgaris), привлекла внимание еще Чарльза Дарвина. Все цветы примулы имеют как пестики, так и тычинки, но у одних цветов развиваются пестики с длинным столбиком и короткие тычинки, у других наоборот – столбик пестика короткий, а над ним возвышаются длинные тычинки. Дарвин описал это явление в статье 1862 года, а затем размышления на эту тему изложил в отдельной книге «Разные формы цветов у растений одного вида» (1877). Как верно заключил Дарвин, существования короткопестичных и длиннопестичных форм цветов препятствует самоопылению примулы.
Более того, длина пестиков и тычинок у примулы подобрана таким образом, что насекомые, посещающие цветы с длинными тычинками покрываются пыльцой в тех местах, где находятся рыльца пестиков в цветах с длинными пестиками. И напротив, если насекомое получает пыльцу на цветке с короткими тычинками, пыльца расположена так, что опылит короткий пестик на другом растении. В итоге у примулы возможно опыление только между цветками двух разных типов, а перенос пыльцы с пестиков на тычинки в цветках одного типа затруднен.
Обнаруженное у примулы явление ботаники назвали гетеростилией, или разностолбчатостью. Оно имеется и у некоторых других растений, например, гречихи и льна. Существуют даже растения, цветы которых делятся не на две, а на три формы: с длинным, средним и коротким пестиком. К ним относятся, например, кислица козья (Oxalis pes-caprae) и дербенник иволистный (Lythrum salicaria).
Современных исследователей интересовало, какие генетические механизмы обеспечивают появление у примул двух форм цветков. В предшествующих работах они выяснили, что развитие цветка зависит от кластера генов, получившего название локус S. Он имеется лишь у половины особей данного вида, а у других отсутствует. Когда локус S в наличии, его гены определяют активность других генов, включая одни и отключая другие, что в итоге и задает тип цветка. В новой статье, написанной после прочтения полного генома примулы, описывается, как гены локуса S контролируют активность сотен генов по всему геному растения. А также впервые выявлены гены, которые активизируются, если локуса S в геноме нет (в этом случае развиваются цветы с длинным пестиком и короткими тычинками).
Английская команда исследователей, занятая генетической основой гетеростилии у примулы, сотрудничает с японскими коллегами, которые проводят аналогичные исследования на гречихе. Они планируют выяснить, одинаковые ли гены задействованы при определении длины пестиков и тычинок у этих двух растений.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
