Printre plantele cu flori, familia trandafirilor (numită Rosaceae) prezintă o diversitate incredibilă, inclusiv roșii clasice precum American beauty. Dar, pe lângă plantele ornamentale care constituie cadoul romantic perfect, familia Rosaceae include, de asemenea, produse de bază vitale pentru dietele și economiile cu culturi comerciale din întreaga lume. Acestea prezintă o gamă extraordinară de variații în ceea ce privește dimensiunea și formele copacilor, arbuștilor și fructelor suculente, de la căpșuni și zmeură, la mere Jonathan, prune, cireșe, cireșe și migdale, până la delicioasele piersici din Georgia.
Pentru biologii evoluționiști, Rosaceae oferă o oportunitate excelentă de a înțelege cum au evoluat fructele de la tipurile ancestrale la soiurile actuale, uscate sau cărnoase, care, cu ajutorul animalelor, s-au răspândit până la o distribuție mondială de aproximativ 3.000 de specii cunoscute.
În cadrul unei noi colaborări internaționale între chinezi și americani. instituții, inclusiv Universitatea Fudan, Colegiul Normal Huanggang, Universitatea de Stat din Pennsylvania și Smithsonian Institution, condusă de profesorii Hong Ma și Jun Xiang, autorii au realizat un studiu evolutiv tur de forță al fructelor de Rosaceae, pornind de la analizele a 125 de plante cu flori cu seturi mari de date de secvențe genetice, inclusiv cele a 117 specii de Rosaceae.
Rezultatele lor, publicate în ediția online timpurie a revistei Molecular Biology and Evolution, au arătat o nouă imagine evolutivă a mărimii și formei plantelor Rosaceae, a florilor și, important, a fructelor.
În primul rând, a fost reconstruit un nou arbore al vieții pentru Rosaceae folosind secvențele de gene nucleare obținute recent pentru a investiga evoluția tipurilor de fructe și a altor caractere în contextul timpurilor geologice. Ei au găsit, de asemenea, dovezi puternice de duplicare a întregului genom care probabil a generat noi gene care contribuie la diversitatea Rosaceae.
Noul arbore evolutiv urmărește începuturile familiei Rosaceae până în urmă cu aproximativ 120 de milioane de ani (Mya), când strămoșul Rosaceae s-a separat de alte familii. Aproape 20 de milioane de ani mai târziu, subfamilia de arbuști Dryadoideae s-a separat de celelalte două subfamilii, urmată imediat de o divergență a celor mai mari două subfamilii la aproximativ 100 Mya, în jurul limitei dintre Cretacicul timpuriu și cel târziu. De aici, extinderi ulterioare de-a lungul eonilor au culminat cu cele 3.000 de specii întâlnite astăzi.
În plus, analiza lor a multor mii de secvențe de gene a adus dovezi puternice pentru mai multe duplicații ale genomului întreg care probabil au facilitat specializarea dimensiunii pomilor și a fructelor, nu numai că au susținut ipoteza că tribul merelor (un grup mare cu multe genuri) a avut două duplicații ale genomului întreg foarte apropiate între ele, dar au dezvăluit și o alta în tribul Amygdaleae al fructelor cu sâmburi, inclusiv prune, cireșe, migdale, caise și piersici.
„Este probabil ca duplicațiile genomului întreg detectate aici și factorii de mediu, cum ar fi hrănirea animalelor, să fi contribuit la evoluția numeroaselor tipuri de fructe din Rosaceae. Rezultatele din lucrare oferă o bază pentru înțelegerea evoluției fructelor la plantele cu flori”, a declarat Hong Ma, unul dintre supervizorii studiului.
În continuare, pornind de la arborele lor evolutiv nou dezvoltat, au urmărit istoria evolutivă a formelor de fructe. Autorii sugerează că fructele ancestrale ale subfamiliei cu mere și piersici au fost probabil un set de cinci foliculi agregați.
„Fructele mărite și cărnoase au evoluat probabil prin două căi distincte. Într-unul, peretele interior al fructului (sau endocarpul) a devenit dur, formând nuculanium; în plus, peretele mijlociu al fructului (sau pericarpul), anterior uscat, a devenit cărnos și numărul de carpele a scăzut la unul sau doi, rezultând în cele din urmă drupa (fructe cu sâmburi, cum ar fi piersicul, prunul, cireșul și caisul)”, a declarat Jun Xiang, care a co-dirijat proiectul. „Alternativ, după ce cinci carpele au devenit connate, receptaculul devine asemănător cu urna și învăluie în continuare pistilul, rezultând ovarele semi-inferioare (cum ar fi păducelul) și complet inferioare (cum ar fi mărul).”
Dar o familie de trandafiri – sub orice alt nume – înseamnă, de asemenea, concentrarea pe flori. În ceea ce privește florile, majoritatea speciilor de Rosaceae împărtășesc unele caractere ancestrale comune, cum ar fi purtarea unui hypanthium, care este o conlucrare a receptacolului și a părții bazale a periantului (sepale și petale) și a staminei, și având sepale și petale pentamerice (speciile răspândite de vânt tind să nu aibă petale). Cu toate acestea, numărul și forma pistilului variază între diferitele grupuri ale familiei. „Un pistil apocarpos cu ovar superior și numeroase carpele este susținut ca fiind caracterul ancestral al Rosaceae”, a spus Ma.
Autorii concluzionează, de asemenea, că plantele din speciile Rosaceae au evoluat cel mai probabil din arbuști. „Majoritatea speciilor din subfamilia Rosoideae (inclusiv căpșunul și zmeura) tind să își diminueze dimensiunile până la ierburi perene sau anuale cu frunze compuse mici și o masă de semințe mici și uscate”, a spus Hong Ma. „Dimpotrivă, arborii au luat naștere în mod independent în tribul cu mere și pere și în tribul cu fructe cu sâmburi din subfamilia piersicilor (Amygdaloideae), cu mai multă expunere la lumină și mai multe frunze pentru recoltarea energiei luminoase.” „Aceste avantaje ar fi putut permite membrilor acestor triburi să producă mai multe fructe pe plantă și mai multe fructe cărnoase și nutritive pentru a atrage animalele”, a spus Jun Xiang.
.