Af de blomstrende planter udviser rosenfamilien (Rosaceae) en utrolig mangfoldighed, herunder klassiske røde sorter som American beauty. Men ud over prydplanter, der udgør den perfekte romantiske gave, omfatter Rosaceae-familien også vigtige basisvarer i verdens kostvaner og økonomier for kontantafgrøder. De udviser en ekstraordinær variation i størrelse og form af træer, buske og saftige frugter, lige fra jordbær og hindbær til Jonathan-æbler, blommer, kirsebær og mandler til lækre Georgia-ferskner.
For evolutionsbiologer giver Rosaceae en fremragende mulighed for at forstå, hvordan frugt har udviklet sig fra forfødte typer til de nuværende tørre eller kødfulde sorter, der med dyrenes hjælp har spredt sig til en verdensomspændende udbredelse på omkring 3.000 kendte arter.
I et nyt internationalt samarbejde mellem kinesiske og amerikanske institutioner, herunder Fudan University, Huanggang Normal College, Pennsylvania State University og Smithsonian Institution, under ledelse af professorerne Hong Ma og Jun Xiang, har forfatterne udført en tour de force evolutionær undersøgelse af Rosaceae-frugter ud fra analyser af 125 blomstrende planter med store gensekvensdatasæt, herunder dem af 117 Rosaceae-arter.
Deres resultater, der er offentliggjort i den tidlige online-udgave af tidsskriftet Molecular Biology and Evolution, har vist et nyt evolutionært billede af Rosaceae-plantens størrelse og form, blomster og, hvad der er vigtigt, frugter.
Først blev der rekonstrueret et nyt livstræ for Rosaceae ved hjælp af nyligt opnåede nukleare gensekvenser for at undersøge udviklingen af frugttyper og andre karakterer i forbindelse med geologiske tider. De fandt også stærke beviser for duplikation af hele genomet, som sandsynligvis har genereret nye gener, der bidrager til Rosaceae-diversiteten.
Det nye evolutionære træ sporer Rosaceae-familiens begyndelse så langt tilbage som for ca. 120 millioner år siden (Mya), da Rosaceae-familiens forfader adskilte sig fra andre familier. Næsten 20 millioner år senere splittede busk-underfamilien Dryadoideae sig fra de to andre underfamilier, umiddelbart efterfulgt af en divergens mellem de to største underfamilier omkring 100 Mya omkring grænsen mellem den tidlige og den sene kridttid. Herfra har yderligere udvidelser i løbet af æoner kulmineret i de 3.000 arter, der findes i dag.
Dertil kommer, at deres analyse af de mange tusinde gensekvenser gav stærke beviser for flere duplikationer af hele genomet, som sandsynligvis har lettet specialiseringen af træernes størrelse og frugter, hvilket ikke kun understøtter hypotesen om, at æblestammen (en stor gruppe med mange slægter) havde to tæt forbundne duplikationer af hele genomet, men også afslørede en anden i Amygdaleae-stammen af de kernebærende frugter, herunder blommer, kirsebær, mandler, abrikoser og ferskner.
“Det er sandsynligt, at de hele genom-duplikeringer, der er påvist her, og miljøfaktorer, såsom fodring af dyr, har bidraget til evolutionen af de mange frugttyper hos Rosaceae. Resultaterne i artiklen giver et grundlag for at forstå frugt evolutionen i blomstrende planter,” sagde Hong Ma, en af de tilsynsførende for undersøgelsen.
Næst sporede de ud fra deres nyudviklede evolutionære træ den evolutionære historie af frugtformerne. Forfatterne foreslår, at de forfædres frugter i underfamilien med æbler og ferskner sandsynligvis var et sæt af fem samlede follikler.
“Forstørrede og kødfulde frugter udviklede sig sandsynligvis via to forskellige måder. På den ene blev den indre frugtvæg (eller endocarp) hård og dannede nuculanium; derudover blev den tidligere tørre midterste frugtvæg (eller pericarp) kødfuld, og antallet af frugtblade faldt til en eller to, hvilket i sidste ende resulterede i stenfrugten (frugter med kerner, såsom fersken, blomme, kirsebær og abrikos),” sagde Jun Xiang, der var med til at lede projektet. “Alternativt, efter at fem frugtblade er blevet sammenvokset, bliver receptaklet urnelignende og omslutter stemplerne yderligere, hvilket resulterer i halvt inferiøre (såsom hvidtjørn) og helt inferiøre (såsom æble) æggestokke.”
Men en rosenfamilie – med ethvert andet navn – betyder også, at man fokuserer på blomster. Hvad angår blomsterne, har de fleste Rosaceae-arter nogle fælles forfædrekarakterer, f.eks. at de bærer et hypanthium, som er en sammenvoksning af receptakel og den basale del af perianth (bægerblade og kronblade) og støvdragere, og at de har femkantede bægerblade og kronblade (vindspredte arter har tendens til at have ingen kronblade). Antallet og formen af stempel varierer dog mellem de forskellige grupper i familien. “En apokarp pistil med overordnet æggestok og mange frugtblade understøttes som forfædres karakter hos Rosaceae”, sagde Ma.
Forfatterne konkluderer også, at Rosaceae-arternes planter højst sandsynligt har udviklet sig fra buske. “De fleste arter i underfamilien Rosoideae (herunder jordbær og hindbær) har en tendens til at formindske deres størrelse til flerårige eller årlige urter med små sammensatte blade og en masse små tørre frø”, sagde Hong Ma. “Tværtimod opstod træer uafhængigt af hinanden i stammen med æble og pære og stammen med kernefrugter i ferskenunderfamilien (Amygdaloideae), med mere lyseksponering og flere blade til at høste lysenergi.” “Disse fordele kan have givet medlemmerne af disse stammer mulighed for at producere flere frugter pr. plante og mere kødfulde og næringsrige frugter til at tiltrække dyr,” siger Jun Xiang.