Ученые рассказали, как изменение всего одного гена привело к появлению новых видов

Губастики (Mimulus) — род травянистых растений. Его представители произрастают на суровых, богатых минералами почвах и крайне разнообразны по форме и цвету цветков, варьирующемуся от желтого и розового до темно-красного. В процессе эволюции некоторые цветки полностью утратили желтые пигменты. Ученые из Университета Коннектикута (США) объяснили, что произошло с Mimulus на генетическом уровне и как это повлияло на эволюцию видов. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

За цвет лепестков губастиков отвечают пигменты — каротиноиды. Около пяти миллионов лет назад губастики потеряли желтые каротиноиды, однако приобрели розовые, привлекая пчел-опылителей. Позже их потомки накопили мутации в гене под названием YUP, которые восстановили синтез желтых каротиноидов, и смешение розовых и желтых пигментов привело к образованию красных цветов, как пишут ученые в своем исследовании (правда, смешение розового и красного приводит скорее к оранжевому цвету. — прим.ред.) : теперь они не привлекали местных пчел, однако их начали опылять колибри. Вследствие этого растения с красными цветками оказались генетически изолированы и стали отдельным видом.

Ген YUP ученые обнаружили в области генома Mimulus, к которой относятся еще три более новых гена, не встречающихся у других растений. Они представляют собой копии генов из других частей генома Mimulus. В частности, YUP — на самом деле частичная копия древнего гена, который вообще не относился к цвету и синтезу пигментов.

Когда исследователи пытались выяснить функцию YUP, то обнаружили, что ген влияет на главный регулятор синтеза каротиноидов. YUP продуцировал множество малых РНК, которые подавляли ген каротиноидов, поэтому пять миллионов лет назад полностью исчезли желтые цветки. Накопление мутаций заблокировало функцию YUP и вновь сделало возможным синтез желтых пигментов.

Науке известно крайне мало примеров подобных генов, которые продуцируют малые РНК, влияющие на признаки, важные для появления нового вида. Два других гена — соседа YUP точно так же влияют на окраску Mimulus. Уникальность этих трех генов, обнаруженных только у нескольких близкородственных видов Mimulus, крайне важна для понимания формирования новых видов.

Почти каждый отдельный вид имеет небольшое количество уникальных для себя генов. Но считалось, что такие гены не вносят большого вклада в эволюцию, а на нее влияют, напротив, изменения в общих для большого числа различных видов генов. Авторы нового исследования опровергли эту гипотезу, показав, что специфические для рода гены также могут становиться причинами появления новых видов.