Vývoj rostlin - Plant evolution

Kladogram vývoje rostlin

Vývoj rostlin je podmnožinou evoluční jevy, které se týkají rostliny. Evoluční jevy jsou charakteristikou populace které popisuje průměry, mediány, distribuce, a další statistický metody. To odlišuje vývoj rostlin od vývoj rostlin, pobočka vývojová biologie která se týká změn, kterými jednotlivci ve svém životě procházejí. Studie evoluce rostlin se pokouší vysvětlit, jak je přítomna rozmanitost rostlin povstal geologický čas. Zahrnuje studium genetická změna a následné variace což často vede k speciace, jeden z nejdůležitějších typů záření do taxonomické skupiny volala clades. Popis záření se nazývá a fylogeneze a je často reprezentován typem diagramu zvaného a fylogenetický strom.

Evoluční trendy

Rozdíly mezi fyziologií a reprodukcí rostlin a zvířat způsobují malé rozdíly v jejich vývoji.

Jedním z hlavních rozdílů je totipotentní povaha rostlinných buněk, což jim umožňuje nepohlavně se množit mnohem snadněji než u většiny zvířat. Jsou také schopni polyploidie - kde se zdědí více než dvě sady chromozomů od rodičů. To umožňuje relativně rychlé záblesky evoluce, například účinkem genová duplikace. Dlouhé období klidu, které semenné rostliny mohou využívat, je také činí méně náchylnými k vyhynutí, protože mohou „sedět“ v náročných obdobích a čekat na další klementy, aby se vrátily k životu.

Účinek těchto rozdílů je nejvíce patrný během událostí zániku. Tyto události, které vyhladily 6 až 62% rodin suchozemských zvířat, měly „zanedbatelný“ účinek na rodiny rostlin.[1] Struktura ekosystému je však významně přeskupena, přičemž hojnost a distribuce různých skupin rostlin se výrazně mění.[1] Tyto účinky jsou pravděpodobně způsobeny vyšší rozmanitostí v rodinách, jako vyhynutím - což byl běžné na úrovni druhů - bylo velmi selektivní. Například druhy opylované větrem přežily lépe než taxony opylované hmyzem a specializované druhy obecně ztratily.[1] Obecně platí, že přežívající taxony byly před vyhynutím vzácné, což naznačuje, že šlo o univerzalisty, kteří byli špatnými konkurenty, když byla doba snadná, ale prosperovali, když vyhynuli specializované skupiny a ponechaly ekologické výklenky prázdné.[1]

V průběhu embryogeneze, rostliny a zvířata procházejí a fylotypická fáze které se vyvinuly samostatně[2] a to způsobí vývojové omezení omezující morfologickou diverzifikaci[3][4][5][6].

Polyploidie

Specifikace prostřednictvím polyploidie: A diploidní buňka prošla selháním redukční dělení buněk, produkující diploid gamety, které samy hnojí a produkují tetraploid zygota.

Polyploidie je v rostlinách všudypřítomný a některé odhady naznačují, že 30–80% živých druhů rostlin je polyploidních a řada linií vykazuje důkazy o staré polyploidii (paleopolyploidii) v jejich genomech.[7][8][9] Obrovské výbuchy uvnitř krytosemenná rostlina Zdá se, že druhová rozmanitost se shodovala s duplikacemi starodávného genomu sdílenými mnoha druhy.[10] 15% krytosemenných rostlin a 31% kapradinových speciačních událostí je doprovázeno nárůstem ploidie.[11] Většina polyploidů se zobrazuje heteróza ve vztahu k jejich rodičovským druhům a mohou vykazovat nové variace nebo morfologie, které mohou přispívat k procesům speciace a využívání eko-výklenku.[8][12] Mechanismy vedoucí k nové variaci nově vytvořených alopolyploidů mohou zahrnovat účinky na dávkování genů (vyplývající z četnějších kopií obsahu genomu), shledání odlišných regulačních hierarchií genů, chromozomální přesmyky a epigenetický remodelace, které všechny ovlivňují obsah genů a / nebo úrovně exprese.[13][14][15] Mnoho z těchto rychlých změn může přispět k reprodukční izolaci a speciaci.

Všechno eukaryoty pravděpodobně někdy v jejich evoluční historii zažili událost polyploidie. Vidět paleopolyploidie. V mnoha případech lze tyto události odvodit pouze porovnáním sekvenované genomy. Krytosemenné rostliny mají paleopolyploidii ve svých předcích. Neočekávané dupliky starověkého genomu byly nedávno potvrzeny u hořčice a řepky (Arabidopsis thaliana ) a rýže (Oryza sativa ).

Fotosyntéza

Další informace: Fotosyntéza
Rostlinné buňky s viditelnými chloroplasty (z mechu, Plagiomnium afinní )

Sinice a vývoj fotosyntézy

Sinice zůstal hlavním prvovýrobci skrze Proterozoický éon (2 500–543 Ma), zčásti proto, že redoxní struktura oceánů upřednostňovala fotoautotrofy schopné fixace dusíkem.[Citace je zapotřebí ] Zelené řasy se připojili k modrozeleným jako hlavní primární producenti dne kontinentální police blízko konce Proterozoikum, ale pouze s Druhohor (251–65 Ma) záření dinoflagelátů, kokokolithoridů a rozsivek prvovýroba v mořských šelfových vodách má moderní podobu. Sinice zůstávají rozhodující pro mořské ekosystémy jako primární producenti v oceánských gyrech, jako agenti biologické fixace dusíku a v modifikované formě jako plastidy mořských řas.[16]

Symbióza a původ chloroplastů

Chloroplasty mají mnoho podobností s cyanobakteriemi, včetně oběžníku chromozóm, prokaryotického typu ribozomy a podobné proteiny ve fotosyntetickém reakčním centru.[17][18] The endosymbiotická teorie naznačuje, že fotosyntetické bakterie byly získány (autorem) endocytóza ) brzy eukaryotický buňky k vytvoření první rostlina buňky. Chloroplasty proto mohou být fotosyntetické bakterie, které se přizpůsobují životu v rostlinných buňkách. Jako mitochondrie, chloroplasty stále mají svou vlastní DNA, oddělenou od nukleární DNA jejich rostlinných hostitelských buněk a geny v této chloroplastové DNA se podobají těm v sinice.[19] DNA v chloroplastech kóduje redox proteiny, jako jsou fotosyntetická reakční centra. The Hypotéza VR navrhuje to Spol- umístění je vyžadováno pro Redox Regulace.

Vývoj regulace transkripce rostlin

Transkripční faktory a transkripční regulační sítě hrají klíčovou roli ve vývoji rostlin a stresových reakcích, stejně jako v jejich vývoji. Během přistání rostlin se objevilo mnoho nových rodin transkripčních faktorů, které jsou přednostně zapojeny do sítí mnohobuněčného vývoje, reprodukce a vývoje orgánů, což přispívá ke složitější morfogenezi suchozemských rostlin.[20]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d McElwain, J.C .; Punyasena, S.W. (2007). „Události hromadného vyhynutí a fosilní záznam rostlin“. Trendy v ekologii a evoluci. 22 (10): 548–557. doi:10.1016 / j.tree.2007.09.003. PMID  17919771.
  2. ^ Drost, Hajk-Georg; Janitza, Philipp; Grosse, Ivo; Quint, Marcel (2017). „Porovnání vývojových přesýpacích hodin napříč královstvími“. Aktuální názor na genetiku a vývoj. 45: 69–75. doi:10.1016 / j.gde.2017.03.003. PMID  28347942.
  3. ^ Irie, Naoki; Kuratani, Shigeru (2011-03-22). „Srovnávací transkriptomová analýza odhaluje fylotypické období obratlovců během organogeneze“. Příroda komunikace. 2: 248. doi:10.1038 / ncomms1248. ISSN  2041-1723. PMC  3109953. PMID  21427719.
  4. ^ Domazet-Lošo, Tomislav; Tautz, Diethard (09.12.2010). "Fylogeneticky založený transkriptomový věkový index odráží ontogenetické vzory divergence". Příroda. 468 (7325): 815–818. doi:10.1038 / nature09632. ISSN  0028-0836. PMID  21150997.
  5. ^ Quint, Marcel; Drost, Hajk-Georg; Gabel, Alexander; Ullrich, Kristian Karsten; Bönn, Markus; Grosse, Ivo (04.10.2012). "Transkriptomické přesýpací hodiny v embryogenezi rostlin". Příroda. 490 (7418): 98–101. doi:10.1038 / příroda11394. ISSN  0028-0836. PMID  22951968.
  6. ^ Drost, Hajk-Georg; Gabel, Alexander; Grosse, Ivo; Quint, Marcel (2015-05-01). „Důkazy pro aktivní udržování vzorců fylotranskriptomických přesýpacích hodin při embryogenezi zvířat a rostlin“. Molekulární biologie a evoluce. 32 (5): 1221–1231. doi:10.1093 / molbev / msv012. ISSN  0737-4038. PMC  4408408. PMID  25631928.
  7. ^ Meyers LA, Levin DA (červen 2006). "O množství polyploidů v kvetoucích rostlinách". Vývoj. 60 (6): 1198–206. doi:10.1111 / j.0014-3820.2006.tb01198.x. PMID  16892970. S2CID  43039505.
  8. ^ A b Rieseberg LH, Willis JH (srpen 2007). „Speciace rostlin“. Věda. 317 (5840): 910–4. Bibcode:2007Sci ... 317..910R. doi:10.1126 / science.1137729. PMC  2442920. PMID  17702935.
  9. ^ Otto SP (listopad 2007). „Evoluční důsledky polyploidie“. Buňka. 131 (3): 452–62. doi:10.1016 / j.cell.2007.10.022. PMID  17981114. S2CID  10054182.
  10. ^ de Bodt a kol. 2005
  11. ^ Wood TE, Takebayashi N, Barker MS, Mayrose I, Greenspoon PB, Rieseberg LH (srpen 2009). „Frekvence specie polyploidů u cévnatých rostlin“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 106 (33): 13875–9. Bibcode:2009PNAS..10613875W. doi:10.1073 / pnas.0811575106. PMC  2728988. PMID  19667210.
  12. ^ Comai L (listopad 2005). "Výhody a nevýhody bytí polyploidní". Nat. Genet. 6 (11): 836–46. doi:10.1038 / nrg1711. PMID  16304599. S2CID  3329282.
  13. ^ Osborn TC, Pires JC, Birchler JA, Auger DL, Chen ZJ, Lee HS, Comai L, Madlung A, Doerge RW, Colot V, Martienssen RA (březen 2003). "Porozumění mechanismům nové genové exprese v polyploidech". Trendy Genet. 19 (3): 141–7. doi:10.1016 / S0168-9525 (03) 00015-5. PMID  12615008.
  14. ^ Chen ZJ, Ni Z (březen 2006). "Mechanismy genomových přeskupení a změn genové exprese v rostlinných polyploidech". BioEssays. 28 (3): 240–52. doi:10.1002 / bies.20374. PMC  1986666. PMID  16479580.
  15. ^ Chen ZJ (2007). „Genetické a epigenetické mechanismy genové exprese a fenotypové variace v rostlinných polyploidech“. Annu Rev Plant Biol. 58: 377–406. doi:10.1146 / annurev.arplant.58.032806.103835. PMC  1949485. PMID  17280525.
  16. ^ Herrero A a Flores E (editor). (2008). Sinice: Molekulární biologie, genomika a evoluce (1. vyd.). Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-15-8.
  17. ^ Douglas SE (1998). „Vývoj plastidů: počátky, rozmanitost, trendy“. Curr. Opin. Genet. Dev. 8 (6): 655–61. doi:10.1016 / S0959-437X (98) 80033-6. PMID  9914199.
  18. ^ Reyes-Prieto A, Weber AP, Bhattacharya D (2007). "Původ a usazení plastidu v řasách a rostlinách". Annu. Genet. 41: 147–68. doi:10.1146 / annurev.genet.41.110306.130134. PMID  17600460.
  19. ^ Raven JA, Allen JF (2003). „Genomika a vývoj chloroplastů: co sinice udělaly pro rostliny?“. Genome Biol. 4 (3): 209. doi:10.1186 / gb-2003-4-3-209. PMC  153454. PMID  12620099.
  20. ^ Jin JP; et al. (Červenec 2015). „Transkripční regulační mapa Arabidopsis odhaluje odlišné funkční a evoluční rysy nových transkripčních faktorů“. Molekulární biologie a evoluce. 32 (7): 1767–1773. doi:10.1093 / molbev / msv058. PMC  4476157. PMID  25750178.

externí odkazy