アジアの聖なる水蓮、Nelumbo nuciferaは、エジプトやインドのさまざまな神々の台座に選ばれています。 その理由は容易に理解できます。 パブリックドメインです。
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動物にとって、通常の2つ以上のDNAコピーを受け継ぐことは、通常、非常に悪いことです。 これは、2つの精子が1つの卵子に受精した場合や、性の細胞分裂がうまくいかず、精子や卵子に承認された2倍の量のDNAが残ってしまった場合に起こります。
これは特に哺乳類や鳥類に当てはまります。2つ以上のDNAコピー、つまり多倍体と呼ばれる状態は、婉曲的に「全般的な発達障害」と呼ばれるものを生み出します。 実際のところ、これはシステムの崩壊を意味し、それは非常に早く起こります。
鳥類では2例、哺乳類では1例しか知られていませんが、南米のレッドビスカッチャラットです。
他の動物では、倍数性はもっと一般的です。 昆虫、爬虫類、両生類、甲殻類、魚類、その他の「下等な」動物では、数百例の倍数体が知られています。 これらの生物では、しばしば倍数性を誘発することができます。太平洋岸北西部の釣り人の間では、「三倍体マス」という魚が話題になっています。 この魚の3組の染色体は、性的細胞分裂の際に正しくペアになることができず、不妊症になるが、卵や精子、フックアップなどの軽薄なことにエネルギーを浪費しないので、2倍体の仲間よりも大きく成長することができるのだ。
多倍体は動物では一般的ではありませんが、大昔に脊椎動物やエイの仲間、マスの仲間であるサケ科の進化には多倍体が関与していたのではないかと考えられています。
植物はそうではありません。
今週の初めに突然変異した二倍体のコケについての記事の中で、このコケは通常のゲノムコピーではなく2つのコピーを持つ機能的な卵と精子を作ることができると書きました。 つまり、この突然変異体の子孫は4倍体になるということです。
動物とは異なり、植物では多倍体は一般的で、一見無害に見えますが、種分化の道具として自然淘汰されることが多いのです。 おそらく、植物は動物よりも柔軟なボディプランを持っているため、ゲノムの重複に耐えることができ、それに伴う大規模な解剖学的変化に対処しやすいのでしょう。 科学者たちは、シダ植物の99%以上、イネ、小麦、大麦、オート麦、トウモロコシの原産地であるイネ科の種の80%など、顕花植物の半分から3分の2が倍数体であると推定しています。 また、サトウキビ、ジャガイモ、サツマイモ、バナナ、イチゴ、リンゴなど、他の作物の大部分も同様です。 これは人為的に選択されたものかもしれません。
植物では、ゲノムの複製は、先に述べた動物の場合と同じメカニズムで独自に行われることもありますが、それは最も一般的な方法ではありません。 より頻繁に起こるのは、近縁種同士の偶発的な交配です。 この場合、性細胞分裂の際に不一致の染色体がペアになるものがないため、通常は不妊の子孫が生まれます。 しかし、このキメラが偶然にもゲノムを重複させていた場合には、組み合わせたロットをペアにすることで受胎能力が回復する。
例えば、現在栽培されている小麦の主要な2つの品種は、野草の祖先のゲノムを2倍、4倍と順次ハイブリッド化していった結果です。 元々の祖先は14本の染色体を持っていました。 現在、農家では4倍体の28染色体のデュラム小麦と6倍体の42染色体のパン用小麦を植えている。
先週話題になったのは、肉食性のブラダーワートと神聖なハスです。
しかし、昆虫を食べるこの小さな植物は、3回のゲノム重複にもかかわらず、このような単純さを達成することができました。
しかし、昆虫を食べる小さな植物は、3回のゲノム重複にもかかわらず、このような単純化を実現しています。理論的には、ほぼすべての真性植物や巨大な顕花植物グループである「ユーディコット」の2つのコピーを持つ祖先に対して、各遺伝子の8つのコピーを持っています。 つまり、八倍体ということになる。 しかし、実際には、科学者の理由により、8倍体である。 しかし、実際には、科学者が完全に理解しているわけではないが、bladderwortは、重複した遺伝子のほとんどのコピーを1つを除いてすべて削除し、タンパク質をコードしないDNAの大部分も削除している。
聖なる蓮の全遺伝子配列は5月10日に発表されました。 蓮は、上で述べた初期のゲノム3倍化よりも前に、他のユーディコットから分離した最初の植物のようです。 しかし、その後しばらくして、ロータスは独自にゲノムを2倍にした。
それはもちろん、私たちの惑星が、恐竜だけでなく植物種の約60%にもサヨナラを告げた小惑星によって鼻水を垂らされた頃だからです。 著者らは、環境ストレスの際に、ゲノムを複製した植物は適応して生き延びることができるようだと指摘している。
K-T 型小惑星の衝突の頃には、他の多くの植物種がゲノムを 2 倍にしていたようだと著者は書いていますが、これは当時の状況がどうであれ、植物にとって多倍化は良い生存戦略であったことを示唆しています。 一方、動物にとっては、植物のような強固な休息構造を持たず、休息することもできないため、より大きな損失を被ることになった。
Otto S. & Whitton J. (2000). Polyploid Incidence and Evolution, Annual Review of Genetics, 34 401-437. DOI: 10.1146/annurev.genet.34.1.401
Ming R., VanBuren R., Liu Y., Yang M., Han Y., Li L.T., Zhang Q., Kim M.J., Schatz M.C. & Campbell M. & (2013). Genome of the long-living sacred lotus (Nelumbo nucifera Gaertn.), Genome Biology, 14 (5) R41. DOI: 10.1186/gb-2013-14-5-r41
Ibarra-Laclette E., Lyons E., Hernández-Guzmán G., Pérez-Torres C.A., Carretero-Paulet L…。 Chang T.H., Lan T., Welch A.J., Juárez M.J.A. & Simpson J. & (2013). Architecture and evolution of a minute plant genome, Nature, DOI: 10.1038/nature12132
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