Wśród roślin kwitnących, rodzina róż (zwana Rosaceae) wykazuje niesamowitą różnorodność, w tym klasyczne czerwienie, takie jak amerykańska piękność. Ale oprócz roślin ozdobnych, które są idealnym romantycznym prezentem, rodzina Rosaceae obejmuje również podstawowe składniki diety na całym świecie oraz rośliny uprawne. Wykazują one niezwykłą różnorodność rozmiarów i kształtów drzew, krzewów i soczystych owoców, od truskawek i malin, przez jabłka Jonathan, śliwki, wiśnie i czereśnie, migdały, po przepyszne brzoskwinie Georgia.
Dla biologów ewolucyjnych, Rosaceae zapewnia doskonałą okazję do zrozumienia, jak owoce ewoluowały od typów przodków do dzisiejszych suchych lub mięsistych odmian, które, z pomocą zwierząt, rozprzestrzeniły się na całym świecie do około 3000 znanych gatunków.
W nowej międzynarodowej współpracy między chińskimi i amerykańskimi. Instytucje, w tym Fudan University, Huanggang Normal College, Pennsylvania State University i Smithsonian Institution, prowadzone przez profesorów Hong Ma i Jun Xiang, autorzy wykonali tour de force ewolucyjne badania owoców Rosaceae z analiz 125 roślin kwitnących z dużymi zestawami danych sekwencji genów, w tym 117 gatunków Rosaceae.
Jego wyniki, opublikowane we wczesnym wydaniu online czasopisma Molecular Biology and Evolution, pokazały nowy ewolucyjny obraz wielkości i kształtu roślin Rosaceae, kwiatów i, co ważne, owoców.
Po pierwsze, nowe drzewo życia dla Rosaceae zostało zrekonstruowane przy użyciu nowo uzyskanych sekwencji genów jądrowych w celu zbadania ewolucji typów owoców i innych postaci w kontekście czasów geologicznych. Znaleziono również mocne dowody na duplikację całego genomu, która prawdopodobnie wygenerowała nowe geny przyczyniające się do różnorodności Rosaceae.
Nowe drzewo ewolucyjne śledzi początki rodziny Rosaceae już około 120 milionów lat temu (Mya), kiedy to przodek Rosaceae oddzielił się od innych rodzin. Prawie 20 milionów lat później, podrodzina krzewów Dryadoideae oddzieliła się od pozostałych dwóch podrodzin, po czym nastąpiła dywergencja dwóch największych podrodzin około 100 milionów lat temu, w okolicach granicy między wczesną i późną kredą. Stamtąd dalsze ekspansje przez eony doprowadziły do powstania 3000 gatunków widzianych dzisiaj.
W dodatku ich analiza wielu tysięcy sekwencji genów dostarczyła silnych dowodów na kilka duplikacji całego genomu, które prawdopodobnie ułatwiły specjalizację wielkości drzewa i owoców, nie tylko wspierając hipotezę, że plemię jabłoni (duża grupa z wieloma rodzajami) miało dwie ściśle rozmieszczone duplikacje całego genomu, ale także ujawniając inną w plemieniu Amygdaleae z owoców z dziurkami, w tym śliwek, wiśni, migdałów, moreli i brzoskwiń.
„Jest prawdopodobne, że całe duplikacje genomu wykryte tutaj i czynniki środowiskowe, takie jak karmienie zwierząt, przyczyniły się do ewolucji wielu rodzajów owoców w Rosaceae. Wyniki w pracy dostarczają podstaw do zrozumienia ewolucji owoców u roślin kwitnących”, powiedział Hong Ma, jeden z opiekunów badania.
Następnie, z ich nowo opracowanego drzewa ewolucyjnego, prześledzili historię ewolucji kształtów owoców. Autorzy sugerują, że owoce przodków podrodziny z jabłkami i brzoskwiniami były prawdopodobnie zestawem pięciu zagregowanych pęcherzyków.
„Powiększone i mięsiste owoce prawdopodobnie ewoluowały na dwa różne sposoby. W jednym, wewnętrzna ściana owocu (lub endokarp) stała się twarda, tworząc nukulanium; ponadto, poprzednio sucha środkowa ściana owocu (lub perykarp) stała się mięsista, a liczba okrywy zmniejszyła się do jednej lub dwóch, co ostatecznie doprowadziło do powstania pestkowca (owoce z pestkami, takie jak brzoskwinia, śliwka, wiśnia i morela)”, powiedział Jun Xiang, który współkierował projektem. „Alternatywnie, po pięć karpiel staje się connate, naczynie staje się urn-jak i dalszego otaczania słupków, w wyniku czego w semi-inferior (np. głóg) i całkowicie inferior (np. jabłko) jajników.”
Ale rodzina róż –by każda inna nazwa– oznacza również skupienie się na kwiaty. Jeśli chodzi o kwiaty, większość gatunków z rodziny Rosaceae posiada pewne wspólne cechy przodków, takie jak hypanthium, które jest połączeniem naczynia z podstawową częścią okwiatu (działkami i płatkami) i pręcikami, oraz pięciopłatkowe działki i płatki (gatunki wiatropylne zwykle nie mają płatków). Jednak liczba słupków i ich kształt różnią się w poszczególnych grupach rodziny. „Apokarpiczny słupek z nadrzędną zalążnią i licznymi karpułami jest wspierany jako przodek Rosaceae”, powiedział Ma.
Autorzy stwierdzają również, że rośliny gatunków Rosaceae najprawdopodobniej wyewoluowały z krzewów. „Większość gatunków podrodziny Rosoideae (w tym truskawka i malina) ma tendencję do zmniejszania swoich rozmiarów do wieloletnich lub jednorocznych ziół z małymi liśćmi złożonymi i masą małych suchych nasion” – powiedział Hong Ma. „Przeciwnie, drzewa powstały niezależnie w plemieniu z jabłkiem i gruszką oraz plemieniu z owocami pestkowymi w podrodzinie brzoskwiniowej (Amygdaloideae), z większą ekspozycją na światło i większą liczbą liści do zbierania energii świetlnej”. „Te zalety mogły pozwolić członkom tych plemion produkować więcej owoców na roślinę, a także bardziej mięsiste i pożywne owoce, aby przyciągnąć zwierzęta”, powiedział Jun Xiang.
.