Ο ρόλος της εξημέρωσης και των μητρικών επιδράσεων στα χαρακτηριστικά των ηλιόσπορων
Η διαφυγή των γονιδίων από τα είδη των καλλιεργειών στους άγριους συγγενείς τους ήταν μια κεντρική συζήτηση από την εμπορευματοποίηση των διαγονιδιακών καλλιεργειών, πριν από περισσότερες από δύο δεκαετίες. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι ερευνητές ρώτησαν εάν τα διαγονίδια μπορούν να διαφύγουν στη φύση μέσω της ροής γονιδίων μεταξύ των καλλιεργειών και των άγριων φυτών.
Σήμερα, ένα σωρευτικό σύνολο στοιχείων υποδηλώνει ότι μεσοπρόθεσμα, διαγονίδια με κάποιο προσαρμοστικό πλεονέκτημα (όπως αντοχή σε ζιζανιοκτόνα ή παράσιτα) εισχωρούν στους άγριους πληθυσμούς και παραμένουν στη φύση. Ομοίως, μπορεί να επεκταθεί σε γονίδια που λαμβάνονται από μη διαγονιδιακούς τρόπους ως μεταλλαγμένα αλληλόμορφα χημικά ή φυσικά επαγόμενα.
Οι πρώτες μελέτες για αυτό το θέμα υποδεικνύουν ότι θα υπήρχε χαμηλός κίνδυνος διαφυγής των γονιδίων των καλλιεργειών, κυρίως λόγω της χαμηλής ικανότητας των υβριδίων καλλιέργειας-άγριων φυτών, δηλαδή υπάρχει ροή γονιδίων μεταξύ των καλλιεργειών και των άγριων φυτών, αλλά οι υβριδικοί απόγονοι είναι τόσο χαμηλής προσαρμογής ότι εξαφανίζονται γρήγορα. Ωστόσο, έχει αποδειχθεί ότι οι υβριδικοί απόγονοι μπορεί να μην έχουν χαμηλή προσαρμογή σε ορισμένες συνθήκες και η καταλληλότητα των υβριδικών απογόνων μπορεί να αποκατασταθεί σε μερικές γενιές. Από την άλλη πλευρά, η φυσική κατάσταση έχει σπάνια εκτιμηθεί καθ' όλη τη διάρκεια της σεζόν, αγνοώντας τα χαρακτηριστικά των σπόρων, όπως ο λήθαργος και η βλάστηση των σπόρων, τα οποία προηγούνται και ρυθμίζουν τα χαρακτηριστικά που εκφράζονται αργότερα στον κύκλο ζωής.
Στη μελέτη μας, χρησιμοποιήσαμε τον ηλίανθο ως πρότυπο σύστημα. Η καλλιέργεια και ο άγριος ηλίανθος συνυπάρχουν φυσικά στην εγγενή τους περιοχή (Βόρεια Αμερική) και στη μη εγγενή περιοχή στην Αργεντινή, την Αυστραλία και τη Νότια Ευρώπη. Χρησιμοποιώντας άγριους πληθυσμούς και ποικιλίες καλλιεργειών, τόσο από την Αργεντινή, παράγαμε υβρίδια καλλιέργειας-άγριας σε καλλιέργειες και άγρια φυτά για να διερευνήσουμε την επίδραση του μητρικού γονέα στα χαρακτηριστικά των σπόρων.
Εξελικτική απόκλιση στα χαρακτηριστικά των σπόρων
Κατά τη διάρκεια της εξημέρωσης και της σύγχρονης αναπαραγωγής, η συνειδητή και ασυνείδητη επιλογή διαμόρφωσε δραματικά τους φαινοτύπους των καλλιεργειών από τους άγριους προγόνους τους. Τα φυτά καλλιεργειών επιλέχθηκαν για υψηλότερη απόδοση σπόρων, μεγαλύτερους εδώδιμους σπόρους και μη αδρανείς σπόρους. Παρά την προφανή αγρονομική σημασία αυτών των χαρακτηριστικών, θεωρούνται δυσπροσαρμοστικά στη φύση τους. Για παράδειγμα, η έλλειψη λήθαργου των σπόρων που σχετίζεται με την εξημέρωση επιτρέπει μια γρήγορη και ομοιόμορφη βλάστηση στο χωράφι, αλλά εμποδίζει την προσαρμογή στη βέλτιστη εποχή της εποχής σε φυσικές συνθήκες.
Στη μελέτη μας, βρήκαμε μεγάλες διαφορές στα χαρακτηριστικά των σπόρων. Οι σπόροι των καλλιεργειών ήταν πολύ μεγαλύτεροι και βαρύτεροι από τους άγριους σπόρους. Επίσης, παρατηρήσαμε σαφείς διαφορές στην ανατομία του περικαρπίου των σπόρων. Οι καλλιέργειες και οι άγριοι σπόροι διέφεραν σε μεγάλο βαθμό ως προς τον λήθαργο των σπόρων. Οι άγριοι σπόροι εμφάνισαν εποχιακή βλάστηση, που ρυθμίζεται από τον λήθαργο των σπόρων. Είχαν χαμηλή βλάστηση κατά την απελευθέρωση, αύξησαν τη βλάστησή τους μετά από έναν προσομοιωμένο χειμώνα και μειώθηκαν ξανά μετά από ένα προσομοιωμένο ξηρό καλοκαίρι. Αυτή η εποχιακή συμπεριφορά αποφεύγει τη βλάστηση του φθινοπώρου και αργά το καλοκαίρι και τοποθετεί τη μέγιστη βλάστηση την άνοιξη. Αντίθετα, οι σπόροι των καλλιεργειών εμφάνισαν υψηλό λήθαργο αμέσως μετά τη συγκομιδή, αλλά απομακρύνθηκαν γρήγορα. Η απουσία εποχικής βλάστησης στους σπόρους των καλλιεργειών εξηγεί γιατί οι σπόροι των καλλιεργειών σπάνια μπορούν να σχηματίσουν τράπεζες σπόρων.
Μητρική επίδραση στα χαρακτηριστικά των σπόρων
Όταν υβριδοποιούνται πολύ αποκλίνοντα ταξινομικά είδη όπως φυτά και άγρια φυτά, αναμένουμε ότι τα περισσότερα από τα γνωρίσματα στα οποία διαφέρουν οι γονείς τους είναι ενδιάμεσα, επομένως είναι προβλέψιμα. Ωστόσο, υπάρχουν χαρακτηριστικά που κυριαρχούνται ιδιαίτερα από τον μητρικό γονέα. Η αιτιολογική επίδραση του μητρικού γονέα στους απογόνους ονομάζεται μητρική επίδραση και έχει εξελικτική σημασία στους περισσότερους οργανισμούς.
Βρήκαμε ένα μεγάλο μητρικό αποτέλεσμα για όλα τα χαρακτηριστικά των σπόρων. Οι υβριδικοί σπόροι έμοιαζαν με τον μητρικό τους γονέα. Οι υβριδικοί σπόροι που παράγονται στα άγρια φυτά παρουσιάζουν παρόμοια βλάστηση σπόρων, κύκλο λήθαργου σπόρων, μέγεθος σπόρων και ανατομία περικαρπίου από τους άγριους σπόρους. Δεν παρατηρήσαμε χαρακτηριστικά σπόρων με τον ενδιάμεσο φαινότυπο, που αναμενόταν για τα υβρίδια καλλιέργειας-άγρια.
Η μελέτη, Ο ρόλος της εξημέρωσης και των μητρικών επιδράσεων στα χαρακτηριστικά των σπόρων των υβριδίων καλλιέργειας-άγριου ηλίανθου (Helianthus annuus) δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Annals of Applied Biology.
