Эволюция растений - Plant evolution

Кладограмма эволюции растений

Эволюция растений это подмножество эволюционный явления, которые касаются растения. Эволюционные явления характерны для население которые описаны средние, медианы, распределения, и другие статистический методы. Это отличает эволюцию растений от развитие растений, филиал биология развития который касается изменений, которые происходят в жизни людей. Изучение эволюции растений пытается объяснить, как настоящее разнообразие растений выросли геологическое время. Он включает изучение генетическое изменение и последующий вариация что часто приводит к видообразование, один из важнейших видов радиация в таксономические группы называется клады. Описание излучения называется филогения и часто представлен в виде диаграммы, называемой филогенетическое дерево.

Эволюционные тенденции

Различия между физиологией и размножением растений и животных вызывают незначительные различия в том, как они развиваются.

Одно из основных различий - тотипотент природа растительных клеток, что позволяет им размножаться бесполым путем намного легче, чем большинству животных. Они также способны полиплоидия - где от родителей унаследовано более двух хромосомных наборов. Это позволяет возникать относительно быстрые всплески эволюции, например, за счет эффекта дупликация гена. Длительные периоды покоя, которые могут использовать семенные растения, также делают их менее уязвимыми для вымирания, поскольку они могут «переждать» тяжелые периоды и ждать, пока не наступит более благоприятное время, чтобы вернуться к жизни.

Эффект этих различий наиболее отчетливо проявляется во время вымираний. Эти события, уничтожившие от 6 до 62% семейств наземных животных, оказали «незначительное» влияние на семейства растений.[1] Однако структура экосистемы значительно изменилась, при этом сильно изменились численность и распределение различных групп растений.[1] Эти эффекты, возможно, связаны с большим разнообразием внутри семей, так как исчезновение, которое был обычен на уровне видов - был очень избирательным. Например, виды, опыляемые ветром, выживают лучше, чем таксоны, опыляемые насекомыми, а специализированные виды обычно проигрывают.[1] В целом, выжившие таксоны были редки до исчезновения, что позволяет предположить, что они были универсалистами, которые были плохими конкурентами в легкие времена, но процветали, когда специализированные группы вымерли и оставили экологические ниши пустыми.[1]

В течение эмбриогенез, растения и животные проходят через филотипическая стадия которые развивались независимо[2] и это вызывает ограничение развития, ограничивающее морфологическую диверсификацию[3][4][5][6].

Полиплоидия

Видообразование посредством полиплоидии: A диплоид ячейка терпит неудачу мейоз, производящий диплоид гаметы, которые самооплодотворяются, чтобы произвести тетраплоид зигота.

Полиплоидия широко распространен в растениях, и по некоторым оценкам 30–80% живых видов растений являются полиплоидными, и многие линии показывают доказательства древней полиплоидии (палеополиплоидии) в их геномах.[7][8][9] Огромные взрывы в покрытосеменные Видовое разнообразие, по-видимому, совпало с древними дупликациями генома, присущими многим видам.[10] 15% покрытосеменных и 31% случаев видообразования папоротников сопровождаются увеличением плоидности.[11] Отображение большинства полиплоидов гетерозис относительно их родительских видов, и могут иметь новые вариации или морфологии, которые могут способствовать процессам видообразование и использование эко-ниши.[8][12] Механизмы, ведущие к новым изменениям во вновь образованных аллополиплоидах, могут включать эффекты дозировки генов (в результате большего количества копий содержимого генома), воссоединение дивергентных регуляторных иерархий генов, хромосомные перестройки и эпигенетический ремоделирование, все из которых влияют на содержание гена и / или уровни экспрессии.[13][14][15] Многие из этих быстрых изменений могут способствовать репродуктивной изоляции и видообразованию.

Все эукариоты вероятно, в какой-то момент своей эволюционной истории пережили событие полиплоидии. Видеть палеополиплоидия. Во многих случаях об этих событиях можно судить только путем сравнения секвенированные геномы. Покрытосеменные имеют палеополиплоидию в своей родословной. Неожиданные древние дупликации генома недавно были подтверждены у горчичного кресс-салата / талевара (Arabidopsis thaliana ) и рис (Oryza sativa ).

Фотосинтез

Дальнейшая информация: Фотосинтез
Клетки растений с видимыми хлоропластами (из мха, Плагиомний аффинный )

Цианобактерии и эволюция фотосинтеза

Цианобактерии оставался основным первичные производители на протяжении Протерозойский эон (2500–543 млн лет назад), отчасти потому, что окислительно-восстановительная структура океанов благоприятствовала фотоавтотрофам, способным к азотфиксация.[нужна цитата ] Зеленые водоросли присоединился к сине-зеленым в качестве основных производителей сырья на континентальные шельфы ближе к концу Протерозойский, но только с Мезозойский (251–65 млн лет назад) излучение динофлагеллят, кокколитофорид и диатомовых водорослей основное производство в акватории морского шельфа принимают современный вид. Цианобактерии остаются критически важными для морские экосистемы как первичные продуценты в океанических круговоротах, как агенты биологической фиксации азота, и, в модифицированной форме, как пластиды морских водорослей.[16]

Симбиоз и происхождение хлоропластов

Хлоропласты имеют много общего с цианобактериями, включая круговой хромосома, прокариотического типа рибосомы, и подобные белки в центре реакции фотосинтеза.[17][18] В эндосимбиотическая теория предполагает, что фотосинтезирующие бактерии были приобретены ( эндоцитоз ) к раннему эукариотический клетки, чтобы сформировать первые растение клетки. Следовательно, хлоропласты могут быть фотосинтезирующими бактериями, которые приспособились к жизни внутри клеток растений. Нравиться митохондрии, хлоропласты по-прежнему обладают собственной ДНК, отдельной от ядерная ДНК их растительных клеток-хозяев, и гены в этой ДНК хлоропластов напоминают гены в цианобактерии.[19] ДНК в хлоропластах кодирует редокс белки, такие как центры реакции фотосинтеза. В Гипотеза CoRR предлагает, чтобы это Co-место требуется для рEdox ррегулирование.

Эволюция регуляции транскрипции растений

Факторы транскрипции и сети регуляции транскрипции играют ключевую роль в развитии растений и ответах на стресс, а также в их эволюции. Во время посадки растений появилось много новых семейств факторов транскрипции, которые преимущественно связаны с сетями многоклеточного развития, размножения и развития органов, внося вклад в более сложный морфогенез наземных растений.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d McElwain, J.C .; Пунясена, С. (2007). «События массового вымирания и летопись окаменелостей растений». Тенденции в экологии и эволюции. 22 (10): 548–557. Дои:10.1016 / j.tree.2007.09.003. PMID  17919771.
  2. ^ Дрост, Хайк-Георг; Яница, Филипп; Гроссе, Иво; Квинт, Марсель (2017). «Сравнение песочных часов развития между королевствами». Текущее мнение в области генетики и развития. 45: 69–75. Дои:10.1016 / j.gde.2017.03.003. PMID  28347942.
  3. ^ Ириэ, Наоки; Куратани, Сигеру (22 марта 2011 г.). «Сравнительный анализ транскриптома выявляет филотипический период позвоночных в органогенезе». Nature Communications. 2: 248. Дои:10.1038 / ncomms1248. ISSN  2041-1723. ЧВК  3109953. PMID  21427719.
  4. ^ Домазет-Лошо, Томислав; Тауц, Дитхард (09.12.2010). «Филогенетический возрастной индекс транскриптома отражает паттерны онтогенетической дивергенции». Природа. 468 (7325): 815–818. Дои:10.1038 / природа09632. ISSN  0028-0836. PMID  21150997.
  5. ^ Квинт, Марсель; Дрост, Хайк-Георг; Габель, Александр; Ульрих, Кристиан Карстен; Бённ, Маркус; Гроссе, Иво (2012-10-04). «Транскриптомные песочные часы в эмбриогенезе растений». Природа. 490 (7418): 98–101. Дои:10.1038 / природа11394. ISSN  0028-0836. PMID  22951968.
  6. ^ Дрост, Хайк-Георг; Габель, Александр; Гроссе, Иво; Квинт, Марсель (2015-05-01). «Доказательства активного сохранения филотранскриптомических паттернов песочных часов в эмбриогенезе животных и растений». Молекулярная биология и эволюция. 32 (5): 1221–1231. Дои:10.1093 / molbev / msv012. ISSN  0737-4038. ЧВК  4408408. PMID  25631928.
  7. ^ Мейерс Л.А., Левин Д.А. (июнь 2006 г.). «О численности полиплоидов у цветковых растений». Эволюция. 60 (6): 1198–206. Дои:10.1111 / j.0014-3820.2006.tb01198.x. PMID  16892970. S2CID  43039505.
  8. ^ а б Ризеберг Л. Х., Уиллис Дж. Х. (август 2007 г.). «Вид растений». Наука. 317 (5840): 910–4. Bibcode:2007Научный ... 317..910R. Дои:10.1126 / science.1137729. ЧВК  2442920. PMID  17702935.
  9. ^ Отто С.П. (ноябрь 2007 г.). «Эволюционные последствия полиплоидии». Клетка. 131 (3): 452–62. Дои:10.1016 / j.cell.2007.10.022. PMID  17981114. S2CID  10054182.
  10. ^ де Бодт и др. 2005 г.
  11. ^ Wood TE, Takebayashi N, Barker MS, Mayrose I, Greenspoon PB, Rieseberg LH (август 2009 г.). «Частота видообразования полиплоидов у сосудистых растений». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 106 (33): 13875–9. Bibcode:2009PNAS..10613875W. Дои:10.1073 / pnas.0811575106. ЧВК  2728988. PMID  19667210.
  12. ^ Comai L (ноябрь 2005 г.). «Преимущества и недостатки полиплоидности». Nat. Преподобный Жене. 6 (11): 836–46. Дои:10.1038 / nrg1711. PMID  16304599. S2CID  3329282.
  13. ^ Osborn TC, Pires JC, Birchler JA, Auger DL, Chen ZJ, Lee HS, Comai L, Madlung A, Doerge RW, Colot V, Martienssen RA (март 2003 г.). «Понимание механизмов экспрессии новых генов в полиплоидах». Тенденции Genet. 19 (3): 141–7. Дои:10.1016 / S0168-9525 (03) 00015-5. PMID  12615008.
  14. ^ Chen ZJ, Ni Z (март 2006 г.). «Механизмы геномных перестроек и изменений экспрессии генов в полиплоидах растений». BioEssays. 28 (3): 240–52. Дои:10.1002 / bies.20374. ЧВК  1986666. PMID  16479580.
  15. ^ Чен ZJ (2007). «Генетические и эпигенетические механизмы экспрессии генов и фенотипической изменчивости полиплоидов растений». Анну Рев Завод Биол. 58: 377–406. Дои:10.1146 / annurev.arplant.58.032806.103835. ЧВК  1949485. PMID  17280525.
  16. ^ Эрреро А. и Флорес Э. (редактор). (2008). Цианобактерии: молекулярная биология, геномика и эволюция (1-е изд.). Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-15-8.
  17. ^ Дуглас С.Е. (1998). «Эволюция пластид: происхождение, разнообразие, тенденции». Curr. Мнение. Genet. Dev. 8 (6): 655–61. Дои:10.1016 / S0959-437X (98) 80033-6. PMID  9914199.
  18. ^ Рейес-Прието А., Вебер А.П., Бхаттачарья Д. (2007). «Происхождение и создание пластид в водорослях и растениях». Анну. Преподобный Жене. 41: 147–68. Дои:10.1146 / annurev.genet.41.110306.130134. PMID  17600460.
  19. ^ Рэйвен Дж. А., Аллен Дж. Ф. (2003). «Геномика и эволюция хлоропластов: что цианобактерии сделали для растений?». Геном Биол. 4 (3): 209. Дои:10.1186 / gb-2003-4-3-209. ЧВК  153454. PMID  12620099.
  20. ^ Jin JP; и другие. (Июль 2015 г.). «Карта регуляции транскрипции Arabidopsis показывает отличительные функциональные и эволюционные особенности новых факторов транскрипции». Молекулярная биология и эволюция. 32 (7): 1767–1773. Дои:10.1093 / molbev / msv058. ЧВК  4476157. PMID  25750178.

внешняя ссылка