Sexuellt urval hos Arabidopsis thaliana
Sexuellt urval i Arabidopsis thaliana är ett sätt för naturligt urval genom vilket den blommande växten Arabidopsis thaliana väljer kompisar för att maximera reproduktiv framgång .
Arabidopsis thaliana är en liten blommande landväxt i familjen Brassicaceae, som används som modellorganism för genetiska studier. Även om växtens genomik är väl förstått, är lite känt om sexuella urvalsprocesser och könsförspända gener hos denna art. Det har visat sig att dessa gener associeras med de sexuellt dimorfa egenskaperna hos män och kvinnor, med tanke på att båda könen av en art kommer att ha mycket liknande genom. Dessa gener uttrycks företrädesvis i de olika könen inom en art, och tenderar att ge en accelererad utvecklingshastighet som ett resultat av att ett specifikt kön uttrycker den optimala fenotypen för att maximera konditionen. A. thaliana är en självbefruktande växt utan könskromosomer som är kapabel att använda könsorienterade gener för att potentiellt hjälpa till med adaptiv evolution. Det finns lite kunskap om hur könsorienterade gener fungerar i A. thalianas genom.
Arabidopsis thaliana
A. thaliana upptäcktes i Harzbergen på 1500-talet med ett inhemskt utbredningsområde som sträcker sig på ojämn terräng över Eurasien, men har även etablerat sig i Nordamerika. A. thaliana identifierades som en modellorganism för genomiska studier på grund av dess lilla genom, bestående av endast 5 kromosomer. A. thaliana har en relativt kort livscykel, som bara tar cirka 5 veckor att nå full mognad efter grodd. Denna korta livscykel gör den till en idealisk kandidat som modellorganism för genomiska studier.
Sex-biased gener
Sex-biased gener är gener med uttryck exklusivt för ett kön och ger ett potentiellt sätt att snabbt utveckla en art.
Variation mellan könen
Manliga och kvinnliga könsbaserade gener av A. thaliana har stora skillnader i uttryck och funktion. Manliga gener uttryckta i växtens pollenrörsregioner kämpar för att initiera proteinevolution. Detta är resultatet av att nyutvecklade mutationer påverkas av positivt urval. Kvinnliga gametofyter skiljer sig signifikant i deras använda antal sexuellt uttryckta gener jämfört med män. När man tittar på båda typerna av gametofyter, delade både hanar och honor ungefär 20 gener som uttrycks på liknande sätt. Det har också visat sig att 925 gener i A. thaliana är associerade med den manliga gametofyten, bestående av de som är kopplade till spermieceller, pollen och pollenrör. Å andra sidan har cirka 196 gener identifierats för att associera med den kvinnliga gametofyten.
Fungera
Generna som identifierades i vävnaderna hos A. thaliana kunde separeras och kategoriseras baserat på plats och funktion för både manliga och kvinnliga reproduktionsorgan. Växtens manliga reproduktionsorgan är mycket lättare att använda för experimentella förfaranden på grund av deras förmåga att enkelt isoleras från växten jämfört med honorganen. De gener som har kopplats till pollen och pollenproduktion visar starkt samuttryck på grund av att de klassificeras som dubblerade gener över olika vävnader. Det har identifierats att gener associerade med pollen och pollenrören har ett relativt stort antal uttryckta polymorfismer genom renande selektion. Identifierbara egenskaper hos adaptiv evolution uttryckt i pollenassocierade gener är jämförbara med de ökade nivåerna av adaptiv evolution hos andra jämförbara arter. Med anpassning reglerad av mutationshastigheter, kunde de könsförspända generna associerade med växtens manliga organ uppvisa högre anpassningshastigheter på grund av att deras närvaro är i ett haploid tillstånd. I detta haploida tillstånd utsätts mutationer direkt för möjligheten till snabbt urval. Polleninteraktioner associerade med sporofytisk vävnad uttrycks inte i gener kopplade till kvinnliga reproduktionsorgan. Mekanismerna som är involverade i pollenbildning och utveckling av pollenröret är viktiga för pollenvalet samt för pollenets proteinsammansättning. Pollenytproteiner produceras i den sporofytiska vävnaden av ståndarknappar och har uttryckt högre nivåer av renad selektion med en ökning av adaptiv evolution från ståndarknapparnas oleopolleniner.
Pollineringsmekanismer
A. thaliana är en självpollinerande växt jämfört med andra närbesläktade arter, vilket innebär att den inte kräver pollen från andra växter för befruktning. Självpollinering är ett effektivt sätt för växter att effektivt kolonisera nya livsmiljöer eftersom de inte är beroende av pollen från en annan medlem av deras art. Genom att bära både manliga och kvinnliga reproduktionsorgan minskar ansträngningen för sexuell fortplantning avsevärt, men det kostar.
Minskning av självpollinering
Implementeringen av självpollinering minskar avsevärt genetisk variation i en population, och en etablerad population av identiska avkommor ger begränsade möjligheter till evolution på genomisk nivå genom en art. Växten bekämpar detta genom utnyttjande av både manliga och kvinnliga könsorgan, vilket ger en miljö med låga hastigheter för utkorsning genom könsförspänd gener. Resultatet av låga genetiska variationer i både A. thaliana gametophytes självbefruktning kommer från de låga utkorsningshastigheterna. De låga frekvenserna av utkorsning kan övervinnas genom variationer av heterogenitet i urval. Detta kan hända baserat på den sällsynta förekomsten av utkorsning, som hos A. thaliana endast förekommer i naturen cirka 1 % av tiden. Det har visat sig att sällsynta förekomster av utkorsning kan vara så höga som 15 % i en given population. Forskare tror att även 1% av förekomsten är tillräckligt hög för att initiera genetiska konsistenser som kan associeras med sexuellt urval hos A. thaliana .
Pollentävling
Närvaron av pollenkonkurrens när utkorsning sker i en växt som använder självbefruktning möjliggör igenkänning och urval av olika pollenkorn för att befrukta ägglossningen. A. thaliana är nära besläktad med att Arabidopsis lyrata är att den ena skilde sig från den andra genom artbildning. Även om artbildning har separerat dessa arter, är de fortfarande kapabla att tillhandahålla ett sätt att korsas ut mellan varandra, vilket initierar pollenkonkurrens inom växten. Även om konkurrens förekommer bland manliga gametofyter av båda arterna, A. lyrata mycket låga fall av adaptiv evolution jämfört med A. thaliana . Dessa bevis är vanligtvis inte fallet i fallet med pollenkonkurrens mellan liknande arter, vilket i allmänhet resulterar i ökad utkorsning. När utkorsning sker i allmänhet finns det mycket högre grad av genetisk variation i avkomman. Det finns lite data om A. lyrata som resulterar i liten kunskap om hela genomets polymorfismer.
Pollenassocierad geninteraktion
Det fastställdes att interaktioner associerade mellan sporofytisk vävnad och pollen uteslutande uttrycks i de manliga genuppsättningarna. Därför tyder bevisen på betydelsen av dessa interaktioner för att förstå pollenval av växten. Andra potentiella faktorer som spelar en roll i pollenselektion kan vara utsöndrade pollenproteiner, såväl som proteinsammansättning. Med stora identifierade skillnader mellan pollenassocierade gener jämfört med andra reproduktiva vävnader, kan de potentiellt vara de underliggande mekanismerna korrelerade med sexuellt urval som inträffar under det prezygotiska stadiet av pollinering. Detta ligger till grund för sambandet mellan hur selektivt tryck genom interaktionerna mellan pollenkorn samt pollenrörsbildning ger ett exempel på etablerat sexuellt urval. A. thaliana tillhandahåller ett effektivt sätt att förstå hur även organismer som kan tyckas vara begränsade i genetisk variation baserat på reproduktionsstrategier fortfarande kan upprätthålla ett evolutionsmedel genom könsorienterade gener och sexuellt urval genom utkorsning.