Stretto legame genetico di geni che causano necrosi ibrida e isolamento degli impollinatori tra specie giovani

Nature Plants volume 9, pagine 420–432 (2023) Citare questo articolo

4021 accessi

1 Citazioni

16 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

I meccanismi di isolamento riproduttivo che causano la diversificazione fenotipica e infine la speciazione sono un argomento importante della ricerca evoluzionistica. La necrosi ibrida è un meccanismo di isolamento post-zigotico in cui la morte cellulare si sviluppa in assenza di agenti patogeni. Spesso è dovuto all'incompatibilità tra le proteine ​​di due genitori. Qui descriviamo un caso unico di necrosi ibrida dovuta a un'incompatibilità tra loci sui cromosomi 2 e 7 tra due specie di Petunia isolate da impollinatori. Le tipiche risposte immunitarie e le risposte allo stress del reticolo endoplasmatico sono indotte nella linea necrotica. Il locus sul cromosoma 2 codifica ChiA1, una chitinasi/lisozima GH18 bifunzionale. L'attività enzimatica di ChiA1 è superflua per lo sviluppo della necrosi. Proponiamo che l'espressione estremamente elevata di ChiA1 implichi un circuito di feedback positivo tra i loci sui cromosomi 2 e 7. ChiA1 è strettamente legato ai principali geni coinvolti nell'adattamento a diversi impollinatori, una forma di isolamento pre-zigotico. Questo collegamento di barriere pre e post-zigotiche rafforza l'isolamento riproduttivo e probabilmente contribuisce alla rapida diversificazione e speciazione.

La speciazione dipende dall'evoluzione delle barriere riproduttive che riducono il flusso genico tra popolazioni precedentemente incrociate1,2,3. Nelle piante, l'isolamento mediato dagli impollinatori costituisce una barriera cruciale di isolamento pre-zigotico4. Le preferenze di classi distinte di impollinatori per insiemi di tratti floreali quali colore, morfologia, profumo e produzione di nettare sono considerate una forza trainante nella rapida diversificazione delle angiosperme5. Questi insiemi corrispondenti di tratti floreali sono chiamati sindromi di impollinazione. Tuttavia, la preferenza dell'impollinatore per un tipo di fiore è raramente assoluta e spesso si osserva l'ibridazione tra specie (incipienti). Pertanto, la speciazione delle piante comporta generalmente l'accumulo di molteplici barriere riproduttive3.

Nelle piante, la necrosi ibrida (HN) è una barriera di isolamento post-zigotica in cui gli ibridi mostrano foglie necrotiche e scarsa crescita6,7. Molti dei casi segnalati sono stati causati da interazioni epistatiche deleterie tra alleli in due o più loci, creando una barriera post-accoppiamento che riduce la fitness negli ibridi ma non nei genitori8. L'HN spesso coinvolge geni che codificano per componenti del sistema immunitario9,10. Ad esempio, molti casi segnalati di HN nell'Arabidopsis sono dovuti a combinazioni improprie di proteine ​​NLR (leucine-rich Repeat) del dominio legante i nucleotidi, che sono attori chiave nel sistema immunitario sia delle piante che dei vertebrati11,12,13,14.

Abbiamo precedentemente studiato le basi genetiche dell'evoluzione delle sindromi da impollinazione nel genere sudamericano Petunia (Solanaceae). La Petunia axillaris (P. axillaris) è ampiamente distribuita nel Sud America meridionale, mentre la Petunia exserta (P. exserta) è una specie altamente endemica che si trova esclusivamente in rifugi ombreggiati nella regione Guaritas del Rio Grande do Sul, Brasile15. P. axillaris ha fiori bianchi, che assorbono i raggi ultravioletti (UV), profumati ed è impollinato da falene16,17, mentre P. exserta ha fiori rossi, inodore con stami e stigma sporgenti ed è impollinato da colibrì15,18. È stato scoperto che i singoli geni alla base dei principali loci dei tratti quantitativi (QTL) per l'assorbimento UV (MYB-FL), la produzione di profumo (CNL1) e la lunghezza del pistillo (EOBII) sono strettamente collegati in una cosiddetta regione supergenica sul cromosoma 219,20,21. ,22. Si ritiene che un legame genetico così stretto impedisca la dissoluzione delle sindromi di impollinazione mediante ricombinazione. Si ritiene che le due specie si siano evolute di recente da un antenato comune che molto probabilmente è stato impollinato dalla falena23,24,25. Ibridi naturali sono presenti in alcune località della regione Guaritas dove le due specie sono simpatriche, dimostrando che le barriere riproduttive sono incomplete18,25,26.