Plodovi biljaka Solanum, grupe u porodici velebilja, su neverovatno raznovrsni, u rasponu od velikih crvenih paradajza i ljubičastih patlidžana do otrovnih zelenih bobica na biljkama krompira. Novo i poboljšano porodično stablo ove grupe, proizvedeno od strane međunarodnog tima predvođenog istraživačima u Penn State-u, pomaže da se objasni zapanjujuća raznolikost boja i veličina voća i kako su oni mogli evoluirati.
Tim je otkrio da su veličina i boja plodova evoluirale zajedno i da životinje koje jedu voće nisu bile primarni pokretači evolucije plodova, kao što se ranije mislilo. Studija, objavljena u časopisu Novi fitolog, takođe može pružiti uvid u uzgoj biljaka važnih za poljoprivredu sa poželjnijim osobinama, rekli su istraživači.
„Postoji oko 1.300 vrsta u rodu Solanum, što ga čini jednim od najraznovrsnijih biljnih rodova na svetu“, rekao je Joao Vitor Messeder, diplomirani student ekologije i biologije na Penn State Eberli College of Science i Huck Institute for the Life Sciences i glavni autor rada.
„Od 1970-ih i 80-ih, istraživači su sugerisali da su ptice, slepi miševi i druge životinje koje jedu voće pokretale evoluciju voća poput onih u Solanumu. Međutim, važnost evolucione istorije biljaka je potcenjena ili retko razmatrana kada ocenjivanje raznovrsnosti mesnatih plodova.
„Da bismo bolje testirali ovu hipotezu, morali smo prvo da proizvedemo robusniju filogeniju, ili porodično stablo, ove biljne grupe kako bismo poboljšali naše razumevanje odnosa između vrsta.“
Biljke iz roda Solanum proizvode plodove širokog spektra veličina, boja i nutritivnih vrednosti. Mogu izgledati crne, ljubičaste, crvene, zelene, žute ili narandžaste, a veličine su od manje od četvrtine inča do čak 8 inča ili 0,5 do 20 centimetara.
Pored biljaka važnih za poljoprivredu, neke biljke u grupi se uzgajaju zbog svog ukrasnog cveća, a plodove mnogih od ovih biljaka jedu ljudi i veliki broj životinja, uključujući ptice, slepe miševe, gmizavce, primate i druge kopnene sisare. .
Istraživači su prikupili uzorke biljaka iz celog sveta, uključujući divlje biljke iz Brazila, Perua i Portorika i biljke iz botaničkih vrtova, i sekvencionirali njihove gene iz RNK.
Oni su dopunili prethodno prikupljene uzorke i javno dostupne podatke, upoređujući na kraju sekvence 1.786 gena iz ukupno 247 vrsta da bi rekonstruisali porodično stablo Solanum. Ovo je uključivalo predstavnike svih 10 glavnih klada – grana drveta – i 39 od 47 manjih klada unutar roda.
„Koristeći hiljade gena koji se dele među vrstama koje su efektivno predstavljale ceo rod, značajno smo poboljšali porodično stablo Solanum, čineći ga najsveobuhvatnijim do sada“, rekao je Meseder, koji je sproveo istraživanje u laboratoriji Hong Ma, Huck Chair u Reproduktivni razvoj i evolucija biljaka i profesor biologije na Penn State-u i ko-korespondentni autor rada.
„Nedavni napredak u tehnologiji omogućio nam je da koristimo više gena od prethodnih studija, koje su se suočile sa mnogim izazovima u rešavanju odnosa između vrsta i klada. Ovo poboljšano drvo nam pomaže da razumemo kada su nastale različite boje i veličine voća ili kako su se promenile kako su se pojavile nove biljne vrste .“
Istraživači su dodali značajnu rezoluciju manjih grana u grupi koja uključuje krompir i paradajz, kao i njihove bliske i udaljenije srodne divlje vrste. Stečeni uvidi, rekli su istraživači, mogli bi podržati programe poboljšanja useva za ove vrste i druge useve u rodu.
„Ukoliko najbliži divlji srodnici važnih poljoprivrednih kultura imaju poželjne osobine, moguće je uzgajati useve sa tim vrstama ili pozajmljivati njihove gene, na primer, da bi se poboljšala otpornost na temperaturu ili štetočine ili da bi se proizveli krupniji plodovi ili plodovi određene boje, “, rekao je Meseder.
Istraživači su otkrili da su boja i veličina plodova Solanuma prilično očuvane tokom evolucione istorije, što znači da blisko srodne vrste obično imaju slične plodove. Evolucija boje i veličine ploda je takođe u korelaciji, pri čemu promene u jednoj osobini često odgovaraju promenama u drugoj, što dovodi do toga da plodovi određenih boja budu veći od plodova drugih boja.
„Ovi rezultati sugerišu da fiziološki i molekularni mehanizmi mogu igrati ulogu u održavanju evolucije boje i veličine ploda povezani zajedno“, rekao je Messeder. „Dok voćjedi – ili životinje koje prvenstveno jedu voće – i raspršivači semena mogu uticati na diversifikaciju, moramo razmotriti sve mogućnosti kada proučavamo kako je voće postalo toliko raznoliko.
Istraživači su takođe razjasnili poreklo i vremensku liniju diversifikacije ovog roda, delimično uključivanjem nedavnih informacija iz najstarijeg fosila porodice velebilja – iz drugog roda u porodici Nightshade čiji je fosil datiran pre oko 52 miliona godina – i iz određenih gena koji poboljšane procene dužine evolucionih grana.
Istraživači su datirali nastanak Solanuma pre oko 53,1 milion godina – punih 30 miliona godina ranije od prethodnih procena zasnovanih na genima iz drugih delova biljne ćelije. Ovo daje novu sliku životne sredine koja je mogla oblikovati kako su se ove biljke diverzifikovale u nove grupe i vrste.
„Okruženje Zemlje se dramatično promenilo tokom 30 miliona godina u smislu temperature, ugljen-dioksida u atmosferi, geografije i životinjskog diverziteta“, rekao je Meseder. „Sada kada znamo kada su Solanum i njegove podgrupe nastali, možemo razmišljati o uslovima koji su mogli promovisati diversifikaciju te grupe, kao i o tome kako su drugi organizmi mogli igrati ulogu.“
Tim je otkrio da su najraniji članovi Solanuma imali bobice srednje veličine koje su ostale zelene kada su sazrele, a da su zeleni i žuti plodovi ove grupe postali raznovrsniji pre oko 14 miliona godina.
Istraživači su spekulisali da su slepi miševi mogli da igraju ulogu u ovoj diversifikaciji, s obzirom na njihovu sličnu evolucionu vremensku liniju i da su oni primarni raspršivači modernih zelenih i žutih plodova Solanuma. Kako su se nove vrste slepih miševa pojavile i proširile tamo gde su živele tokom tog vremena, jele su plodove Solanuma i nosile svoje seme u nova okruženja.
Zatim, istraživači planiraju da istraže kako moderne interakcije između životinja i voća koje jedu mogu baciti svetlo na evoluciju obe grupe, kao i da istraže evoluciju određenih gena relevantnih za boju i veličinu voća.
