«Мы были удивлены, потому что этот вид оленьих лишайников всегда считался в основном клональным видом, который размножается бесполым путем», – говорит Марта Алонсо-Гарсия, ведущий автор статьи и научный сотрудник Квебекского университета в Лавале. "Это не соответствует ожидаемому шаблону."
Оленьи лишайники колеблются в обоих направлениях: они могут воспроизводиться половым путем через споры или могут клонироваться бесполым путем. Когда грибы размножаются половым путем, они отправляют корневые структуры в сторону соседнего гриба и обмениваются генетической информацией, когда они касаются друг друга.
Затем они выпускают споры, отдельные клетки, содержащие генетический материал, которые перемещаются по ветру и рассеиваются. Когда они приземляются, они начинают расти и производить новый грибок, который генетически отличается от своих родителей.
С другой стороны, при бесполом клональном размножении часть всего лишайника (гриба и водоросли), называемая слоевищем, отщипывается и вырастает в целый организм, который генетически идентичен своему родителю.
Два репродуктивных метода имеют разные преимущества. «Половое размножение обходится очень дорого», – говорит Феликс Греве, содиректор Центра биоинформатики Грейнджера Полевого музея и соавтор исследования. "Вы должны найти своего партнера, это сложнее, чем бесполое размножение. Но многие организмы делают это, потому что, когда у вас есть это сочетание и смешение генетических признаков, это позволяет вам отсеять негативные мутации в долгосрочной перспективе среди других преимуществ."
Исследователи изучали лишайники северного оленя (Cladonia stellaris), чтобы узнать об их генетических особенностях. «Мы использовали последовательности ДНК, чтобы выявить генетические отношения между популяциями этого лишайника», – говорит Алонсо-Гарсия. «Мы проверили, отличаются ли люди из северного Квебека (Гудзонов залив) генетически от жителей Юга (Национальный парк Гран-Жарден, в двух часах езды от Квебека). В то же время, из-за его важной роли в процессе колонизации после пожара, мы оценили генетическое разнообразие лишайников в поспожарной сукцессии."
Лишайники могут многое рассказать о том, как лесные пожары влияют на экосистемы. «Лесные пожары – самое серьезное нарушение в самых северных лесах мира, и они играют важную роль в определении распределения и состава растительных сообществ», – говорит Алонсо-Гарсия. "В восточной части Северной Америки после пожара обычно выделяют четыре стадии сукцессии растительности.
На первом этапе на выжженной поверхности заселяют корковые лишайники и мхи. Впоследствии почва покрывается чашевидными и роговыми лишайниками.
Ландшафт остается в основном однородным в течение примерно 20 лет до появления кустистых лишайников, которые заменяют предыдущую растительность. Cladonia stellaris прибывает последней, обычно через три или четыре десятилетия после пожара."Изучая генетические вариации оленьих лишайников, исследователи надеялись узнать, как лишайники повторно заселяют территорию после пожара.
Чтобы изучить ДНК лишайников, исследователи измельчили образцы лишайников и извлекли их ДНК. Но лишайники представляют собой дополнительную проблему в этом процессе, поскольку они состоят из грибка и водоросли (или разновидности бактерий, осуществляющих фотосинтез), живущих вместе. «Это означает, что вся ДНК смешана вместе, мы получаем один пул, содержащий ДНК грибов и ДНК водорослей», – говорит Греве. "Мы должны тщательно фильтровать и отсортировать последовательность биоинформатических чтений.«Основная часть лишайника состоит из гриба, поэтому исследователи хотели сосредоточиться на ДНК этого грибкового компонента. Сравнивая пул ДНК с существующими геномами, исследователи смогли выделить ДНК, принадлежащую грибу, и затем сравнить ДНК грибов из лишайников северного оленя из разных районов Квебека.
То, что они обнаружили, было удивительным: в целом, в лишайниках было гораздо больше генетических вариаций, чем ожидали исследователи, и это указывает на то, что у лишайников шалость. «Общее предположение заключалось в том, что эти оленьи лишайники в основном размножаются бесполым путем, потому что мало доказательств того, что они производят споры, но теперь генетические данные показывают все это разнообразие, и это приводит к предположению, что это может быть некоторая форма пола», – говорит Греве.
«Мы ожидали, что лишайники из Северного Квебека будут больше похожи друг на друга, чем на лишайники из Национального парка Гран-Жарден. Однако наши результаты предполагают постоянную миграцию C. stellaris между популяциями по всей восточной части Северной Америки ", – говорит Алонсо-Гарсия. "Фактически, вопреки широко распространенному мнению, мы обнаружили множество репродуктивных структур у этого вида, и эти структуры образуются после полового размножения."
Но в то время как лишайники, по-видимому, производят большее генетическое смешение, чем ожидалось, исследователи также обнаружили, что после лесного пожара новые появляющиеся лишайники генетически похожи на те, которые были там раньше. Это было нелогично – предполагалось, что маленькие клонированные кусочки лишайника будут уничтожены в огне, и что повторное заселение лишайников будет расти из спор, которые прилетят ветром из других мест. «Что касается генетического разнообразия видов после пожаров, мы не обнаружили различий на четырех этапах сукцессии.
Это также было удивительно, потому что время, прошедшее после последнего пожара, увеличивает вероятность того, что клональные фрагменты успешно достигают участков, увеличивая генетическое разнообразие ", – говорит Алонсо-Гарсия.
Помимо раскрытия скрытой половой жизни оленьих лишайников, исследование может иметь значение для сохранения лесов. «Мы узнали, что время, прошедшее после последнего пожара, не обязательно означает большее генетическое разнообразие, поэтому стратегии сохранения бореальных лесов должны учитывать это», – говорит Алонсо-Гарсия. "Приоритет защиты территории не должен основываться исключительно на ее возрасте.
Это очень важно, потому что финансирование обычно ограничено, поэтому мы не можем проводить природоохранные мероприятия во всем лесу.Короче говоря: если ученые-экологи хотят защитить участки леса с генетически разнообразными популяциями лишайников, возраст леса – не единственный показатель разнообразия.
Греве добавляет важность биоинформатики в изучении того, как организмы связаны друг с другом. «Удивительно, что сегодня мы можем иметь такое подробное представление об эволюции популяций с помощью биоинформатики», – говорит Греве. "Это еще один хороший пример того, как прогресс в технологии секвенирования позволяет нам узнать об эволюции организма более подробно, чем когда-либо прежде."