老树有助于遗传多样性比短暂的树木

的增长率之间的关系研究热带树木和基因突变的频率积累表明年长,长寿树生成和维护发挥更大的作用的遗传多样性比短暂的树木。

今天公布的这项研究,回顾在eLife预印本,提供了编辑描述为令人信服的证据表明,树种获得类似的年度速度突变,独立于细胞分裂,不管他们的增长率。

研究结果可用于通知生态系统保护策略,尤其是在东南亚的热带雨林,气候变化和森林砍伐的威胁。

“生物多样性最终结果突变提供遗传变异生物适应它们的环境,”解释说该研究作者Satake,生物学系教授,理学院,日本九州大学。“然而,如何以及何时这些突变发生在自然环境知之甚少。”

体细胞突变是自发的有机体的DNA的变化发生在其寿命。他们可能出现由于外部因素如紫外线辐射,或内部因素,如DNA复制错误。目前尚不清楚这些因素导致突变更频繁,特别是在热带生态系统和树木,不定性为更温和的同行。

为了更好地理解这一点,Satake和同事研究了利率和体细胞突变模式两种热带树原产于中美洲婆罗洲,印尼:生长缓慢Shorea光滑的(光滑的),快速增长美国leprosula。这个物种美国leprosula增长三倍以上美国的光滑的。

比较这两个树种的体细胞突变使团队获得洞察增长率的影响在这些突变的积累,和它的潜在作用在推动进化和物种多样性。他们收集了七个DNA样本的叶子在树枝的最高水平,以及样本每棵树的树干,共计32个样本。树木在胸高的长度和直径是用来确定每个物种的平均年龄在采样区域。美国的光滑的树平均256岁,而美国leprosula树平均66岁。

确定突变,团队构建了一个参考每个树种基因数据集,使用DNA收集树叶。基因组序列被确定使用了一种叫做读PacBio RS二世和短内容Illumina公司测序。球队两次从每个样本中提取DNA,让他们确定单核苷酸变异(SNVs)在同一个体通过识别两个样本之间的那些都是相同的。大多数的突变被发现在一个树枝。跨多个分支机构,然而,一些突变被发现暗示他们之间传播的分支在树的生长。

在这两个物种,团队注意到一个线性增加的突变与分支机构之间的物理距离。突变的速度平均每米是3.7倍的增长缓慢美国里维斯比在快速增长美国leprosula,这表明生长缓慢的树积累更多的体细胞突变。然而,当占增长率的差异,每年和计算的速度突变,两种利率相等。这一发现表明,体细胞突变积累以一种“似钟的方式作为树的年龄,独立于DNA的复制和增长率。

“我们还发现,体细胞突变是中性内一个人——也就是说,他们既有益也有害的生存。然而,这些突变传播给下一代受自然选择在种子萌发和增长强劲,”说,该研究Ryosuke Imai表示生物学系博士后研究员,理学院,九州大学。“这表明,体细胞突变积累随着时间的推移,和老树追加产生遗传变异和适应它们的环境,从而增加了物种的生存机会。”

Imai和他的同事们鼓励进一步的研究这个领域。特别是,他们说,数学建模需要考虑细胞的不对称分裂在伸长和分支为了进一步验证结果。

“在树上,体细胞突变可以传播种子,导致后代内丰富的遗传变异,”州作者Masahiro Kasahara之一,系的副教授计算生物学和医学科学,日本东京大学。“东南亚的热带雨林面临气候变化的威胁和森林砍伐,我们的研究表明,长寿树可能起到至关重要的作用在维持和增加这些热带系统的遗传变异。”

参考:Ryosuke Imai武Fujino苏Tomimoto Kayoko太穆罕默德Na 'iem Sapto Indrioko定义Widiyatno普尔诺莫苏西洛雅慕黛娜圣母Molla-Morales维多利亚Nizhynska Naoki塔原Suyama Eriko佐佐木Masahiro Kasahara作者Satake。长寿的热带树木的分子时钟是独立的增长率。eLife2023 doi:10.7554 / eLife.88456.1

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