Studija odnosa između stope rasta tropskog drveća i učestalosti genetskih mutacija koje oni akumuliraju sugeriše da starija, dugovečna stabla igraju veću ulogu u stvaranju i održavanju genetske raznovrsnosti od kratkovečnih stabala.
Studija, objavljena danas kao Pregledani preprint u eLife-u, pruža ono što urednici opisuju kao ubedljive dokaze da vrste drveća dobijaju mutacije sličnom godišnjom stopom, nezavisno od deobe ćelija i bez obzira na stopu njihovog rasta.
Nalazi se mogu koristiti za informisanje o strategijama očuvanja ekosistema, posebno u tropskim šumama jugoistočne Azije, koje su pod pretnjom klimatskih promena i krčenja šuma.
„Biodiverzitet je na kraju rezultat mutacija koje obezbeđuju genetske varijacije za organizme da se prilagode svom okruženju“, objašnjava jedan od vodećih autor Akiko Satake, profesor na Odseku za biologiju, Prirodno-matematičkog fakulteta Univerziteta Kjušu, Japan. „Međutim, slabo je shvaćeno kako i kada se ove mutacije javljaju u prirodnom okruženju.“
Somatske mutacije su spontane promene u DNK organizma koje se javljaju tokom njegovog životnog veka. Oni mogu nastati zbog spoljašnjih faktora kao što je ultraljubičasto zračenje, ili unutrašnjih faktora kao što su greške u replikaciji DNK. Nije jasno koji od ovih faktora češće uzrokuje mutacije, posebno u tropskim ekosistemima i drveću, koje nisu tako dobro okarakterisane kao njihove umerenije kolege.
Da bi ovo bolje razumeli, Satake i kolege su ispitali stope i obrasce somatskih mutacija u dve vrste tropskog drveća poreklom iz centralnog Bornea, Indonezija: sporo rastuće Shorea laevis (S. laevis) i brzorastuće S. leprosula. Vrsta S. leprosula raste više od tri puta brže od S. laevis.
Poređenje somatskih mutacija dve vrste drveća omogućilo je timu da stekne uvid u uticaj stope rasta na akumulaciju ovih mutacija i njegovu potencijalnu ulogu u pokretanju evolucije i raznolikosti vrsta.
Sakupili su sedam uzoraka DNK sa listova na najvišem nivou grana drveća, kao i uzorke sa stabla svakog drveta, ukupno 32 uzorka. Dužina i prečnik stabala u visini grudi korišćeni su za određivanje prosečne starosti svake vrste u oblasti uzorkovanja. Stabla S. laevis bila su u proseku stara 256 godina, dok su stabla S. leprosula bila u proseku stara 66 godina.
Da bi identifikovao prisutne mutacije, tim je konstruisao referentni genetski skup podataka za svaku vrstu drveća, koristeći DNK sakupljenu iz lišća. Sekvenca genoma je određena korišćenjem tehnike koja se zove dugo-čitano PacBio RS II i kratko-čitano Illumina sekvenciranje. Tim je ekstrahovao DNK dva puta iz svakog uzorka, omogućavajući im da odrede pojedinačne varijante nukleotida (SNV) unutar iste osobe identifikacijom onih koje su bile identične između dva uzorka.
Utvrđeno je da je većina mutacija prisutna unutar jedne grane drveta. Međutim, neke mutacije su pronađene na više grana, što implicira da su se prenosile između grana u nekom trenutku tokom rasta drveta.
Kod obe vrste, tim je primetio linearno povećanje broja mutacija sa fizičkim rastojanjem između grana. Stopa mutacija po metru bila je u proseku 3,7 puta veća kod spororastuće S. leavis nego kod brzorastućeg S. leprosula, što sugeriše da sporo rastuća stabla akumuliraju više somatskih mutacija.
Međutim, kada se uzimaju u obzir razlike u stopama rasta i izračunava se stopa mutacija godišnje, dve vrste su imale jednake stope. Ovaj nalaz sugeriše da se somatske mutacije akumuliraju na način poput sata kako drvo stari, nezavisno od replikacije DNK i brzine rasta.
„Takođe smo otkrili da su somatske mutacije neutralne unutar pojedinca – to jest, nisu ni korisne ni štetne za opstanak. Međutim, te mutacije koje se prenose na sledeću generaciju podležu snažnoj prirodnoj selekciji tokom klijanja i rasta semena“, kaže ko- glavni autor Riosuke Imai, postdoktorski saradnik na Odeljenju za biologiju Prirodno-matematičkog fakulteta Univerziteta Kjušu.
„Ovo sugeriše da se somatske mutacije akumuliraju s vremenom, a starija stabla više doprinose generisanju genetskih varijacija i prilagođavanju svom okruženju, čime se povećavaju šanse za opstanak njihove vrste.“
Imai i kolege podstiču dalja istraživanja u ovoj oblasti. Konkretno, oni kažu da bi matematičko modeliranje bilo potrebno da se uzme u obzir asimetrična podela ćelija tokom elongacije i grananja kako bi se dalje potvrdili nalazi.
„Kod drveća, somatske mutacije se mogu preneti na seme, što dovodi do bogatih genetskih varijacija u narednim generacijama“, kaže jedan od autora Masahiro Kasahara, vanredni profesor na odeljenju za računarsku biologiju i medicinske nauke Univerziteta u Tokiju, Japan. „Kako se tropske prašume jugoistočne Azije suočavaju sa pretnjama klimatskih promena i krčenja šuma, naša studija sugeriše da dugovečna stabla mogu igrati ključnu ulogu u održavanju i povećanju genetske varijacije ovih tropskih sistema.“
