Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)


Для цитирования:

Юдакова О. И., Кайбелева Э. И. Эволюционная роль апомиксиса: гипотеза С. С. Хохлова в свете современных данных // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2022. Т. 22, вып. 1. С. 89-98. DOI: 10.18500/1816-9775-2022-22-1-89-98

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 24)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
575.89

Эволюционная роль апомиксиса: гипотеза С. С. Хохлова в свете современных данных

Авторы: 
Юдакова Ольга Ивановна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Кайбелева Эльмира Исмаиловна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

В 1949 г. С. C. Хохлов обосновал оригинальную концепцию о прогрессивной эволюционной роли апомиксиса, согласно которой основным направлением эволюции системы репродукции покрытосеменных является постепенный отказ от полового размножения и переход на апомиксис. Гипотеза подверглась резкой критике и была объявлена «научной фантазией». Во второй половине ХХ в. открытие механизма рекомбинационной репарации привело к переоценке роли мейоза в эволюции. Его стали рассматривать как гарант стабильности генома, а не только как источник рекомбинативной изменчивости. Были открыты различные молекулярногенетические механизмы преобразования генома, не связанные непосредственно с половым процессом (дупликация генов, горизонтальный перенос генов, мобильные генетические системы). Все это дает основания сегодня предположить, что не только амфимиксис, но и апомиксис способен решать дилемму: 1) сохранять генотипическую структуру вида; 2) обеспечивать генетическое разнообразие потомства. Партеногенез позволяет копировать генотипы и сохранять генотипическую индивидуальность вида. Выпадение мейоза из цикла развития апомиктов, с одной стороны, увеличивает их мутабельность из-за неспособности осуществлять рекомбинационную репарацию, а, с другой стороны, способствует полиплоидизации и, как следствие, эволюции на основе дупликаций. Накопленные к настоящему времени сведения о распространении и эмбриологических особенностях апомиктичных форм свидетельствуют об ихзначительном эволюционном потенциале. В свете современных данных гипотеза С. С. Хохлова о наступлении «эры апомиксиса» уже не представляется столь фантастичной, как ранее.

Список источников: 
  1. Петров Д. Ф. Генетические основы апомиксиса. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1979. 276 с.
  2. Петров Д. Ф. Апомиксис в природе и в опыте. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1988. 213 c.
  3. Nogler G. A. Gametophytic apomixis // Embryology of Angiosperms. Berlin : Springel-Verlag, 1984. C. 476–518.
  4. Asker S. E., Jerling L. Apomixis in plants. Boca Raton, USA : CRC Press, 1992. 298 p.
  5. Koltunow A., Grossniklaus U., Lookeren C. M. van. A bright future for apomixis // Trends in plant science. 1998. Vol. 3, № 11. P. 415–416. https://doi.org/10.1016/ S1360-1385(98)01338
  6. Savidan Y. H. Apomixis in higher plants. Apomixis: evolution, mechanisms and perspectives / eds. E. Hörandl, U. Grossniklaus, P. J. Van Dijk, T. Sharbel. Gantner, Ruggell ; Liechtenstein, 2007. P. 15–22.
  7. Tyrnov V. S. Applied aspects of gametophytic apomixis // Embryology of fl owering plants: Terminology and concepts. Reproductive systems. USA: Science Publishers, 2009. P. 144–147.
  8. Хохлов С. С. Бесполосеменные растения. Исторические предпосылки и эволюционные перспективы // Учен. записки Сарат. ун-та. 1946. № 1. С. 3–75.
  9. Хохлов С. С. Перспективы эволюции высших растений // Учен. записки Сарат. пед. ин-та. 1949. № 9. С. 40–43.
  10. Хохлов С. С. Апомиксис: классификация и распространение у покрытосеменных растений // Успехи современной генетики. М. : Наука, 1967. С. 43–105.
  11. Хохлов С. С. Эволюционно-генетические проблемы апомиксиса у покрытосеменных растений // Апомиксис и селекция. М. : Наука, 1970. С. 7–21.
  12. Darlington C. D. Recent advances in cytology. London : Churchill, 1937. 671 p.
  13. Комаров В. Л. Учение о виде у растений: страница из истории биологии. М. : Изд-во АН СССР, 1940. 212 с.
  14. Stebbins G. Z. Apomixis in the Angiosperms // Bot. Rev. 1941. Vol. 7. P. 507–552.
  15. Gustafsson A. Apomixis in higher plants. Parts I–III // Lunds Univ. Arsskr. N.F. 1946–1947. Vol. 42, № 3. P. 1–67; Vol. 43, № 2. P. 69–179; Vol. 43, № 12. P. 181–370.
  16. Козо-Полянский Б. М. К вопросу о филогенетическом значении апомиксиса // Бот. журн. 1948. Т. 33, № 1. С. 123–127.
  17. Баранов П. А. Выступление в прениях по докладу С. С. Хохлова // Проблемы филогении и филогенеза: Хроника V совещ. по физиол. раст. Л., 1960. С. 27.
  18. Muller H. J. The relation between recombination to mutational advance // Mutational Research. 1964. Vol. 106, № 1. P. 2–9. https://doi.org/10.1016/0027-5107(64)90047-8
  19. ХохловС. С., Зайцева М. И., Куприянов П. Г.Выявление апомиктичных форм во флоре цветковых растений СССР. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1978. 224 с.
  20. Шишкинская Н. А., Юдакова О. И., Тырнов В. С. Популяционная эмбриология и апомиксис у злаков. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2004. 145 с.
  21. Юдакова О. И., Шишкинская Н. А. Эмбриологические особенности апомиктичных злаков. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2008. 105 с.
  22. Кашин А. С., Юдакова О. И., Кочанова И. С., Полянская М. В., Миндубаева А. Х. Распространение гаметофитного апомиксиса в семействах Asteraceae и Poaceae (на примере видов флоры Саратовской области) // Бот. журн. 2009. Т. 94, № 5. С. 120–132.
  23. Кашин А. С., Кочанова И. С., Лисицкая Н. М., Березуцкий М. А.. Распространение гаметофитного апомиксиса у представителей семейства Asteraceae во флорах Нижнего Поволжья и Северо-Западного Кавказа // Поволжский экологический журнал. 2012. № 1. С. 22–32.
  24. Юдакова О. И. Эмбриологические особенности системы семенной репродукции факультативно апомиктичных злаков : дис. … д-ра биол. наук. Саратов, 2009. 240 c.
  25. Цвелев Н. Н. Злаки. Л. : Наука. Ленингр. отд-ние, 1976. 788 с.
  26. Bayer R. J. Investigations into evolutionary history of Antennaria rosea (Asteraceae: Inuleae) polyploid complex // Plant Systematics and Evolution. 1990. Vol. 169. P. 97–110. https://doi.org/10.1007/BF00935988
  27. Soejima A., Yahara T., Watanabe K. Distribution and variation of sexual and agamospermous populations of Stevia (Asteraceae: Eupatorieae) in lower latitudes, Mexico // Plant Species Biology. 2001. Vol. 16. P. 91–105. https://doi.org/10.1046/j.1442-1984.2001.00055.x
  28. Urbani M. N. Cytogeography and reproduction of the Paspalum simplex polyploid complex // Plant Systematics and Evolution. 2002. Vol. 236, № 1. P. 99–105. https://doi.org/10.1007/s00606-002-0237-6
  29. Van Dijk P. Ecological and evolutionary opportunities of apomixis: insights from Taraxacum and Chondrilla // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 2003. Vol. 358. P. 1113–1121. https://doi.org/10.1098/rstb/2003/1302
  30. Cuellar O., Kluge A. G. Natur al parthenogenesis in the gekkonid lizard Lepidodactylus lugubris // J. of Genet. 1972. Vol. 6. P. 14.
  31. Brown A. H. D., Marshall D. R. Evolutionary changes accompanying colonization in plants // Evolution Today. Proc. of 2nd Intern. cong. of systematic and evolutionary biol. Pittsburgh, 1981. P. 351–363.
  32. Price S. C., Jain S. K. Are inbreeders better colonizers? // Oecologia. 1981. Vol. 49. P. 283.
  33. Selander R. K. Evolutionary consequences of inbreeding // Genetics and Conservation. San-Francisco, USA, 1983. P. 201–215.
  34. Husband B. C., Barrett S. C. H. Colonization history and population genetic structure of Eichhornia paniculata in Jamaica // Heredity. 1991. Vol. 66. P. 287–291. https://doi.org/10.1038/hdy.1991.36
  35. Doums C., Perdieu M. A., Jarne P. Resource allocation and stressful conditions in the aphallic snail Bulinus truncates // Ecology. 1998. Vol. 79. P. 720–733. https://doi.org/10.1890/0012-9658(1998)079
  36. Viard F., Justy F., Jarne P. The infl uence of self-fertilization and population dynamics on the genetic structure of subdivided populations: A case study using microsatellite markers in the freshwater snail Bulinus truncates // Evolution. 1997. Vol. 51. P. 1322–1323. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1997.tb01475.x
  37. Ostrowski M. F., Jarne P., David P. Quantitative genetics of sexual plasticity: the environmental threshold model and genotype-by-environment interaction for phallus development in the snail Bulinus truncates // Evolution. 2000. Vol. 54. P. 1614–1625. https://doi.org/10.1111/j.0014-3820.2000.tb00706.x
  38. Carman J. G. Asynchronous expression of duplicate genes in angiosperms may cause apomixis, bispory, tetraspory and polyembryony // Biol. J. Linn. Soc. 1997. Vol. 61, № 1. P. 51–94. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.1997.tb01778.x
  39. Hojsgaard D., Klatt S., Baier R., Carman J. G., Hörandl E. Taxonomy and biogeography of apomixis in angiosperms and associated biodiversity characteris tics // Crit. Rev. Plant Sci. 2014. Vol. 33, № 5. P. 414–427. https://doi.org/10.1080/07352689.2014.898488
  40. Hörandl E., Hojsgaard D. The evolution of apomixis in angiosperms: A reappraisal // Plant Biosystems. 2012. Vol. 146, № 3. P 681–693. https://doi.org/10.1080/1126 3504.2012.716795
  41. Albertini E., Barcaccia G., Mazzucato A., Sharbel T. F., Falcinelli M. Apomixis in the Era of Biotechnology // Plant Developmental Biology – Biotechnological Perspectives. 2010. Vol. 1. P. 405–436. https://doi.org/10.1007/978-3-642-02301-9_20
  42. Sailer Сh., Schmid B., Stöcklin J., Grossniklaus U. Sexual Hieracium pilosella plants are better inter-specifi c, while apomictic plants are better intra-specifi c competitors // Perspectives in Plant Ecology Evolution and Systematics. 2014. Vol. 16, № 2. P. 43–51.
  43. Ellstrand N. C., Roose M. L. Patterns of genotypic diversity in clonal plant species // Am. J. Bot. 1987. Vol. 74. P. 123–131. https://doi.org/10.2307/2444338
  44. Hamrick J. L., Godt M. J. W. Allozyme diversity in plant species // Plant Population Genetics, Breeding, and Genetic Resources. Sunderland, MA : Sinauer, 1990. P. 43–63.
  45. Assienan B., Noirot M. Isozyme polymorphism and organization of the agamic complex of the Maximae (Panicum maximum Jacq., P. infestum Anders, and P. trichocladum K. Schum.) in Tanzania // Theor. Appl. Genet. 1995. Vol. 91. P. 672–680. https://doi.org/10.1007/BF00223296
  46. Schmelzer G. H., Renno J.-F. Genetic variation in the agamic species complex of Pennisetum section Brevivalvula (Poaceae) from West Africa: ploidy levels and isozyme polymorphism // Euphytica. 1997. Vol. 96. P. 23–29. https://doi.org/10.1007/BF00223296
  47. 47. Akiyama T., Suzuki O., Matsuda J., Aoki F. Dynamic replacement of histone H3 variants reprograms epigenetic marks in early mouse embryos // PLoS Genetics. 2011. Vol. 7, P. e1002279. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002279
  48. Van der Hulst R. G. M., Mes T. H., Falque M., Stam P., Den Nijs J. C., Bachmann K. Genetic structure of a population sample of apomictic dandelions // Heredity. 2003. Vol. 90. P. 326–335. https://doi.org/10.1038/ sj.hdy.6800248
  49. Pellino M., Hojsgaard D., Schmutzer T., Scholz U., Hörandl E., Vogel H. Asexual genome evolution in the apomictic Ranunculus auricomus complex: Examining the effects of hybridization and mutation accumulation // Mol. Ecol. 2013. Vol. 22. P. 5908–5921. https://doi.org/10.1111/mec.12533
  50. Hojsgaard D., Hörandl E. A little bit of sex matters for genome evolution in asexual plants // Frontiers in Plant Science. 2015. Vol. 6. P. 1–6. https://doi.org/10.3389/fpls.2015/00082
  51. Tavva M. D., Rao Y. V., Bandaru V. R., Rao M. V. S. Apomixis in crop Improvement // Plant Biology and Biotechnology: Vol. I: Plant Diversity, Organization, Function and Improvement. Andhra Pradesh: Springer India, 2015. P. 39–47.
  52. Welch M. D., Meselson M. Evidence for the evolution of Bdelloid rotifers without sexual reproduction or genetic exchange // Science. 2000. Vol. 288, № 5469. P. 1211– 1215. https://doi.org/10.1126/science.288.5469.1211
  53. Normark B. B. The evolution of alternative genetic systems in insects // Ann. Rev. Entomol. 2003. Vol. 48. P. 397–423. https://doi.org/10.1146/annurev.ento.48.091801.112703
  54. 54. Попадьин К. Ю. Эволюция полового размножения: роль вредных мутаций и мобильных элементов // Журн. общей биол. 2003. Т. 64, № 6. С. 463–478.
  55. Назаров В. И. Эволюция не по Дарвину: Смена эволюционной модели. М. : Изд-во ЛКИ, 2007. 520 с.
  56. Balloux F., Lehmann L., Meeûs T. de.The population genetics of clonal and partially clonal diploids // Genetics. 2003. Vol. 164. P. 1635–1644. https://doi.org/10.1093/genetics/164.4.1635
  57. Bengtsson B. O. Genetic variation in organisms with sexual and asexual reproduction // J. Evol. Biol. 2003. Vol. 16. P. 189–199. 58. Loxdale H., Lushai D. G. Rapid changes in clonal lines: the death of a «Sacred Cow» // Biol. J. Linn. Soc. London. 2003. № 7. P. 3–16. https://doi.org/10.1046/j.1095-8312.2003.00177.x
  58. Lushai G., Loxdale H. D., Allen J. A. The dynamic clonal genome and its adaptive potential // Biol. J. Linn. Soc. London. 2003. № 79. P. 193–208. https://doi.org/10.1046/j.1095-8312.2003.00189.x
  59. Adolfsson S., Bengtsson B. O. The spread of apomixis and its effect on resident genetic variation // J. Evol.Biol. 2007. Vol. 20, № 5. P. 1933–1940. https://doi. org/10.1111/j.1420-9101.2007.0 1371.x 
  60. Yadav C. B., Suresh Y. Q., Kumar M. G., Bhat G. V. Genetic linkage maps of the chromosomal regions associated with apomictic and sexual modes of reproduction in Cenchrus ciliaris // Mol. Breed. 2012. Vol. 30. P. 239–250. https://doi.org/10.1007/s11032-011-9614-6
  61. Leon-Martinez G., Vielle-Calzada J.-P. Apomixis in fl owering plants: Developmental and evolutionary considerations // Current Topics in Developmental Biology. 2019. Vol. 131. P. 565–604. https://doi.org/10.1016/bs.ctdb.2018.11.014
  62. Fiaz S., Wang X., Younas A., Alharthi B., Riaz A., Ali H. Apomixis and strategies to induce apomixis to preserve hybrid vigor for multiple generations // GM Crops and Food. 2021. Vol. 12, № 1. P. 57–70. https://doi.org/10.1080/21645698.2020.1808423
  63. Hurst L. D., Peck J. R. Recent advances in understanding of the evolution and maintenance of sex // Trends Ecol. Evol. 1996. Vol. 11, № 2. P. 46–52. https://doi. org/10.1016/0169-5347(96)81041-x
  64. Berthaud J. Apomixis and the management of genetic diversity // The Flowering of Apomixis: From Mechanisms to Genetic Engineering. Houston, TX: CIMMYT Publications, 2001. P. 8–23.
Поступила в редакцию: 
10.10.2021
Принята к публикации: 
25.11.2021
Опубликована: 
31.03.2022