Ruusukasvien joukossa ruusuperheessä (Rosaceae) on uskomaton monimuotoisuus, mukaan lukien klassiset punaiset värit, kuten amerikkalainen kaunotar. Mutta sen lisäksi, että koristekasvit ovat täydellinen romanttinen lahja, Rosaceae-sukuun kuuluu myös elintärkeitä peruselintarvikkeita maailmanlaajuisessa ruokavaliossa ja rahakasvintaloudessa. Puiden, pensaiden ja mehukkaiden hedelmien koossa ja muodossa on poikkeuksellisen paljon vaihtelua mansikoista ja vadelmista Jonathan-omenoihin, luumuihin, kirsikoihin ja manteleihin sekä suussa sulaviin georgialaisiin persikoihin.
Evoluutiobiologeille ruusukasvit tarjoavat erinomaisen tilaisuuden ymmärtää, miten hedelmät ovat kehittyneet esi-isätyypeistä nykyisiksi kuiviksi tai lihaisiksi lajikkeiksi, jotka ovat eläinten avulla levinneet noin 3000 tunnetun lajin maailmanlaajuiseen levinneisyyteen.
Kiinalaisten ja yhdysvaltalaisten hedelmätieteilijöiden välisessä uudessa kansainvälisessä yhteistyössä. laitosten, kuten Fudanin yliopiston, Huanggang Normal Collegen, Pennsylvanian valtionyliopiston ja Smithsonian-instituutin, välisessä yhteistyössä, jota johtavat professorit Hong Ma ja Jun Xiang, kirjoittajat tekivät Rosaceae-hedelmien evoluutiotutkimuksen 125 kukkakasvin analyyseistä, joilla on suuret geenisekvenssitietokannat, mukaan lukien 117 Rosaceae-lajin analyysit.
Heidän Molecular Biology and Evolution -lehden varhaisessa verkkopainoksessa julkaistut tuloksensa ovat osoittaneet uuden evolutiivisen kuvan Rosaceae-kasvien koosta ja muodosta, kukista ja, mikä tärkeintä, hedelmistä.
Ensiksi rekonstruoitiin Rosaceae-heimon uusi elämänpuu käyttäen äskettäin saatuja ydingeenisekvenssejä, jotta voitiin tutkia hedelmätyyppien ja muiden luonteenmerkkien evoluutiota geologisten aikojen kontekstissa. He löysivät myös vahvaa näyttöä koko genomin monistumisesta, joka todennäköisesti synnytti uusia geenejä, jotka vaikuttivat Rosaceae-suvun monimuotoisuuteen.
Uusi evoluutiopuu jäljittää Rosaceae-suvun alun noin 120 miljoonaa vuotta sitten (Mya), jolloin Rosaceae-suvun esi-isä erkaantui muista suvuista. Lähes 20 miljoonaa vuotta myöhemmin pensaiden alaheimo Dryadoideae erosi kahdesta muusta alaheimosta, ja heti sen jälkeen kaksi suurinta alaheimoa erosivat toisistaan noin 100 Mya:n tienoilla varhaisen ja myöhäisen liitukauden rajalla. Siitä edelleen tapahtuneet laajentumiset aikakausien kuluessa ovat huipentuneet nykyiseen 3 000 lajiin.
Lisäksi heidän monien tuhansien geenisekvenssien analyysinsä tuotti vahvaa näyttöä useista koko genomin duplikaatioista, jotka luultavasti helpottivat puiden koon ja hedelmien erikoistumista, mikä ei ainoastaan tue hypoteesia, jonka mukaan omenaheimolla (suuri ryhmä, jossa on monia sukuja) oli kaksi lähekkäin sijaitsevaa koko genomin duplikaatiota, vaan paljasti myös toisen koko genomin duplikaation amygdaleae-heimossa, jossa on kuorellisia hedelmiä, joihin kuuluvat mm. luumut, kirsikat, mantelit, aprikoosit ja persikat.
”On todennäköistä, että tässä havaitut koko genomin duplikaatiot ja ympäristötekijät, kuten eläinten ruokinta, ovat vaikuttaneet Rosaceae-suvun monien hedelmätyyppien kehittymiseen. Artikkelin tulokset luovat perustan hedelmien evoluution ymmärtämiselle kukkivissa kasveissa”, sanoo Hong Ma, yksi tutkimuksen ohjaajista.
Seuraavaksi he jäljittivät vastikään kehittämästään evoluutiopuusta hedelmien muotojen kehityshistoriaa. Kirjoittajat ehdottavat, että esi-isien hedelmät alaheimossa, johon kuuluvat omenat ja persikat, olivat todennäköisesti viiden kootun follikkelin joukko.
”Suurennetut ja lihaisat hedelmät ovat todennäköisesti kehittyneet kahdella eri tavalla. Ensimmäisessä hedelmän sisempi seinämä (tai endokarppi) muuttui kovaksi muodostaen nuculaniumin; lisäksi aiemmin kuiva hedelmän keskimmäinen seinämä (tai perikarppi) muuttui lihaisaksi ja karpellien määrä väheni yhteen tai kahteen, mikä johti lopulta drupeen (kivettömiin hedelmiin, kuten persikkaan, luumuun, kirsikkaan ja aprikoosiin)”, kertoi hankkeen toisena johtajana toiminut Jun Xiang. ”Vaihtoehtoisesti sen jälkeen, kun viisi karpellia oli kuroutunut yhteen, astia muuttuu uurnamaiseksi ja ympäröi edelleen siittiöitä, jolloin tuloksena on puoliksi alempiarvoisia (kuten orapihlaja) ja täysin alempiarvoisia (kuten omena) munasarjoja.”
Mutta ruusuperhe -millä tahansa muulla nimellä- tarkoittaa myös keskittymistä kukkiin. Kukkien osalta useimmilla ruusukasveihin kuuluvilla lajeilla on joitakin yhteisiä esivanhempia piirteitä, kuten se, että ne kantavat hypanthiumia, joka on astian ja perianttin (verholehdet ja terälehdet) tyviosien ja heteiden yhdistelmä, ja että niillä on viisikulmaiset verholehdet ja terälehdet (tuulella leviävillä lajeilla ei yleensä ole terälehteä). Tiehyiden lukumäärä ja muoto vaihtelevat kuitenkin suvun eri ryhmien välillä. ”Apokarpinen pistooli, jossa on ylempi munasarja ja lukuisat karpit, saa tukea Rosaceae-suvun esi-isän luonteenpiirteenä”, sanoi Ma.
Tekijät päättelevät myös, että Rosaceae-suvun lajien kasvit ovat todennäköisesti kehittyneet pensaista. ”Useimmat Rosoideae-alaperheen lajit (mukaan lukien mansikka ja vadelma) pyrkivät pienentymään monivuotisiksi tai yksivuotisiksi rohdoksiksi, joilla on pienet yhdistelmälehdet ja massa pieniä kuivia siemeniä”, sanoi Hong Ma. ”Päinvastoin, puut ovat syntyneet itsenäisesti heimossa, jossa on omena ja päärynä, ja heimossa, jossa on pähkinäisiä hedelmiä persikoiden alaheimossa (Amygdaloideae), joilla on enemmän valolle altistumista ja enemmän lehtiä valoenergian keräämistä varten.” ”Näiden etujen ansiosta näiden heimojen jäsenet olisivat voineet tuottaa enemmän hedelmiä kasvia kohti ja lihaisampia ja ravinteikkaampia hedelmiä, jotka houkuttelisivat eläimiä”, Jun Xiang sanoi.