Итак, насколько велик поток генов между популяциями растений? Насколько важен поток генов для поддержания идентичности и разнообразия видов и каковы последствия этих процессов для эволюции, сохранения исчезающих видов, инвазивности или непреднамеренного потока генов от одомашненных культур к диким родственникам?
Норман Элстранд, генетик растений из Калифорнийского университета в Риверсайде, интересуется многими аспектами потока генов, особенно в прикладной биологии растений, и потратил более 25 лет на рассмотрение возможности и потенциальных последствий непреднамеренного потока генов от генетически модифицированных культур. . В рамках серии Centennial Review Американского журнала ботаники Элстранд рассматривает историю потока генов, уделяя особое внимание растениям, и предоставляет доказательства его важности как эволюционной силы.Отбор, мутация, поток генов и генетический дрейф — это четыре механизма, которые приводят к биологической эволюции или изменению частот аллелей в популяции с течением времени.
Насколько важны каждая из этих сил по отношению друг к другу?Интересно, что Элстранд отмечает, что мнение биологов-эволюционистов о важности потока генов за последнее столетие то увеличивалось, то ослаблялось.
Хотя впервые в 1940-х годах это было замечено как эволюционный клей, скрепляющий виды, и, следовательно, значительная эволюционная сила, несколько десятилетий спустя, когда начали собираться количественные данные о потоке генов в популяциях растений, эта точка зрения изменилась, поскольку свидетельства, казалось, указывали на этот поток генов не был таким уж значительным.Мало того, что внутривидовой поток генов между популяциями в то время считался минимальным, но и, что несколько нелепо, межвидовая гибридизация или перемещение генов между видами было замечено как гораздо большая сила в эволюции, чем внутривидовая. движение аллелей. В то время основной проблемой селекционеров было перемещение пыльцы между разными сортами сельскохозяйственных культур — если сорт сладкой кукурузы был заражен пыльцой от сорта попкорна, то полученное гибридное потомство давало семена, которые были непригодны для использования на рынке или для использования в коммерческих целях. отбор новых сортов. Лучшим решением этой проблемы считалось увеличение расстояния между делянками разных сортов.
Однако, начиная с 1980-х годов, ситуация снова изменилась из-за растущего числа свидетельств новых подходов: исследований отцовства и пространственной генетической структуры популяций.
«Когда я впервые начал проводить исследования отцовства растений в 1980-х, — комментирует Элстранд, — наша лаборатория предполагала, что поток генов ограничен. Но мы продолжали выявлять« невозможных отцов », которых нельзя было отнести к нашей исследуемой популяции. Конечно, они не могли».
Быть отцами из-за пределов наших популяций дикого редиса — в сотнях метров? Но после исключения всех других возможностей ответом оказалось невероятное.
И парадигма ограниченного потока генов в растениях начала рушиться ».Действительно, одна из удивительных вещей, которые показали исследования отцовства, — это то, насколько далеко могут перемещаться гены — в некоторых случаях от сотен до тысяч метров. В одном необычном случае исследование показало, что ближайший возможный родитель по отцовской линии отдельного фигового дерева находился на расстоянии 85 км!
С появлением все более изощренных способов измерения генетической изменчивости и родства с использованием молекулярных маркеров, таких как полиморфизм аллозимов и маркеры на основе ДНК, можно не только отслеживать происхождение людей, но и изменять аллельные паттерны с течением времени и, следовательно, влияние эволюции на популяции можно «увидеть» в генетической информации.Как оказалось, несмотря на первоначальный скептицизм по поводу важности потока генов, современные эмпирические и теоретические исследования с использованием современных молекулярных и ДНК-методов показали нам не только то, насколько удивительно далеко может быть поток генов между отдаленными популяциями растений, но также и то, что поток аллелей между популяциями так же важен, если не больше, в некоторых случаях, как естественный отбор. В самом деле, даже низкий уровень потока генов между популяциями может противодействовать противодействующим силам мутации, генетического дрейфа и отбора.
«Так же, как и отбор, поток генов является одной из эволюционных сил — и потенциально важной», — отмечает Элстранд. А растения очень хорошо подходят для изучения потока генов, потому что особи неподвижны, но пыльца и семена подвижны.Тем не менее, важное предостережение, которое Элстранд сообщает в своем обзоре, заключается в том, что относительная важность потока генов может сильно различаться среди видов и среди популяций и может быть от минимальной до очень высоких скоростей потока генов, от отсутствия потока генов вообще.
«В этом обзоре рассказывается история роста уважения к потоку генов среди биологов-эволюционистов растений, — заключает он, — факт, который еще не проник в биологию в целом и все еще погряз в мышлении, ориентированном только на отбор / адаптацию».