Защита или рост: ученые выяснили, как растения распределяют ресурсы

Согласно новому исследованию, чем больше вид растений вкладывает в защиту, тем меньше у него потенциала для роста. Исследования, которые стали возможны благодаря открытой науке, дают новое понимание адаптации растений и межвидовых различий.

Патогены могут значительно ослабить приспособленность своих хозяев, иногда даже вызывая смертность хозяев. Тем не менее, между видами обнаружены значительные различия в их инвестициях в защиту от болезней . Эволюционная теория предсказывает, что издержки распределения регулируют эти инвестиции, но проверка этой гипотезы была сложной.

В исследовании, опубликованном в журнале Science, Майкл Джолай и профессор кафедры биоразнообразия растений Анна-Лииса Лайне из Хельсинкского университета использовали открытые базы данных для идентификации генов защиты растений и признаков роста у 184 видов растений.

Они обнаружили поразительные различия среди видов растений в количестве генов защиты, которое варьировалось от 44 до 2256. Примером может служить спаржа, у которой всего 72 гена устойчивости, в то время как у одного сорта перца чили их целых 1095.

Лейн и Джолай также обнаружили отрицательную корреляцию между инвестициями в защиту и характеристиками роста у диких растений: чем большая часть генома растения отведена под гены защиты, тем ниже его потенциал роста.

«Наше исследование демонстрирует значительную роль затрат на распределение в формировании и поддержании биоразнообразия. Результаты также проливают свет на механизмы, ограничивающие эволюцию защиты», — объясняет Джолай.

Расходы на распределение относятся к компромиссу при распределении ресурсов между различными жизненными функциями. Для растений это означает, что если растение использует много ресурсов (таких как энергия и питательные вещества) для поддержания своей защиты, это может отвлекать от других функций, таких как рост. Другими словами, растение должно сбалансировать использование ресурсов, что может привести к сценарию, когда сильная защита снижает потенциал роста, или наоборот.

В исследовании также изучались культивируемые растения, выведенные по определенным признакам. У этих растений не наблюдалось отрицательной корреляции между ростом и защитой из-за селекции, которая снизила естественную изменчивость геномов сельскохозяйственных растений.

Исследование Джолая и Лайне является прекрасным примером потенциала открытой науки. Секвенирование геномов сотен видов растений и сбор данных о признаках роста были бы невозможны для одной исследовательской группы. Увеличение открытых данных позволяет проводить новые типы исследований, которые помогают нам понять межвидовые различия в различных признаках.

«Если мы хотим понять механизмы, которые поддерживают межвидовую изменчивость признаков, то такой многовидовой подход просто необходим. Растущая доступность открытых данных открывает совершенно новые уровни исследования этих вопросов», — утверждает Анна-Лииса Лайне.