Kolonizacija vulkanske prsti

V Znanstvenem britOFFu se tokrat selimo na enega izmed Zelenortskih otokov ob zahodni obali Afrike, na otok Fogo. Tam je mednarodna raziskovalna skupina preučila, katere genetske spremembe so rastlini Arabidopsis thaliana omogočile adaptacijo na vulkansko prst. Svoje ugotovitve so objavili v reviji Science Advances. 

Prilagoditve na okolje običajno niso pogojene le s spremembo gena na enem lokusu. Večina fenotipskih lastnosti je namreč poligenskih, torej nanje vpliva več genov. Takšne evolucijske prilagoditve je običajno težko spremljati v naravnih populacijah. Če že, pa so podrobneje opisani primeri iz narave, ko prilagoditev na spremembo v okolju omogoči mutacija na enem lokusu. 

Rastlina navadni repnjakovec oziroma Arabidopsis thaliana je na otok Fogo prišla z drugega Zelenortskega otoka. Vendar se je populacija na Fogu od prvotne populacije z leti genetsko oddaljila. Repnjakovec se je na novem otoku prilagodil na vulkansko prst z mankom mangana, raziskovalke in raziskovalci pa so uspeli določiti potek mutacij in njihov vpliv na fenotip. Mangan je tako kot železo kovina, ključna za potek fotosintetskih procesov v rastlinah. Raziskovalke in raziskovalci so že v začetku predvidevali, da gre v tem primeru za kompleksno prilagoditev na okolje, ki so jo omogočile spremembe na genomu na večih lokusih.

S pomočjo genetskih markerjev je znanstvena ekipa ugotovila, da je prišlo do spremembe enega nukleotida v genu IRT1. Ta gen kodira transporterski protein za privzem železa, posledica mutacije pa je bila izguba transportne funckcije za železo in večji privzem mangana iz prsti kljub nizki koncentraciji v okolju. Sprememba se je v populaciji hitro razširila in utrdila, danes je mutacija namreč prisotna v celotni populaciji repnjakovca na otoku. To podpira hipotezo, da se pri prilagoditvi na izredno spremembo v okolju znotraj populacije uveljavi večja sprememba.

Pa vendar le ena sprememba na genomu ni zadostovala za uspešno kolonizacijo rastlin prsti z mankom mangana. Prej omenjena mutacija je namreč poleg povečanega privzema mangana povzročila tudi manjši privzem železa. Naslednji korak evolucije je to popravil. Večkrat in neodvisno je namreč prišlo do duplikacij na genu NRAMP1, mutacija pa se je izrazila s povečanjem transporta železa v tkivo. Presenetljivo pa je to, da do takšnih evolucijskih dogodkov običajno pride v daljšem časovnem obdobju, tu pa se je to zgodilo v relativno hitrem obdobju pet tisoč let. 

Znanstvenicam in znanstvenikom je z analizo populacije in primerjavo z izvorno populacijo uspelo rekonsturirati evolucijsko pot in poglobiti razumevanje večlokusnih sprememb, ki vodijo v prilagoditev na okolje. V primeru navadnega repnjakovca na otoku Fogo je prilagajanje na drugačno prst omogočilo spremembo transprotnih poti in posledično ravnovesja mineralov železa in mangana v rastlinskem tkivu. 

Korake evolucije je spremljala Klara.