Andersson 2014 一种野生植物的间接遗传效应

  1. Andersson S. Indirect genetic effects from competition in the clonal herb Sedum album (Crassulaceae). PLoS One. 2014;9.

近年来,对间接遗传效应,即对取决于其他个体个体的基因型的表型的影响越来越感兴趣;然而,这种影响的实证证据仍然有限,特别是在野生植物物种。本研究的克隆药草Sedum专辑评估直接和间接遗传效应的性能相关性状在4年实验克隆复制基因型,成对生长和不同的花青素色素沉积允许个人在数据收集期间分离。与间接遗传效应的存在一致,实验配对的植物不仅表达他们自己的基因型,而且还受其配对的基因型的影响。邻近基因型的效应解释高达性能变化的四分之一,并且最可能由竞争引起,所述竞争由配对个体之间的密切物理接触和花园环境中使用的限制条件所强加。来自竞争的间接遗传效应具有增加群体选择相对于个体选择的功效的潜力,给定在自然栖息地中的S. album的植物可获得的营养物贫乏和空间限制的底物。

介绍

了解基因和基因型之间的差异如何转化为表型变异仍然是确定人群进化变化的适应潜力的主要挑战。虽然表型进化的标准模型描述了在单独的遗传和环境原因方面的表型变异[1] - [2],已经认识到一段时间环境影响可以具有遗传成分,即个体的表型性状值可以取决于其他个体基因的表达[3] - [6]。这种“间接遗传效应”可广泛存在于动物和社会相互作用的微生物中,但是当相同植物物种的相邻个体通过例如吸引相同的传染病或竞争相同的空间,光或营养素[7] - [11]。虽然基因间的相互作用也发生在植物群落中的物种之间[12] - [14],本文的其余部分将侧重于间接遗传效应的共同体。

间接遗传效应可以以多种方式影响适应性潜力 - 例如,通过促进对多级选择的反应,并允许在直接遗传效应(低普通遗传率)中没有或有很小变化的性状的进化变化[3] - [6] [9],[15] - [17]。例如,当间接遗传效应由个体之间的竞争性相互作用驱动时,由于在这些情况下倾向于发生的直接和间接遗传效应之间的负协方差,相对于个体选择,应当具有增加的群或亲选择的功效[ 3],[9],[16] - [20]。

间接遗传效应的实证研究集中在野生,实验室或国内动物群体,例如, [9],[19] - [23]。只有少数研究考虑植物,其中大部分涉及经济上重要的林木[9],[24] - [26]或模拟种类拟南芥的实验室种群[18],[27] - [28]。例如,最近对Costa e Silva等人的研究[26]使用一个大的,有疣的桉树种群记录生长和疾病相关性状的间接遗传效应,由竞争和促进相互作用的组合驱动。根据相互作用的类型和所考虑的选择水平,这些效应被预测为促进或降低适应性潜能[26]。在拟南芥的情况下,最近的研究不仅记录了适应性和性能相关性状的间接遗传效应,而且鉴定了许多对邻近个体的表型具有显着间接影响的数量性状位点[27] - [28] 。由于大多数相互作用被证明是促进的,预测间接遗传效应增加对选择大多数性状的反应[27]。

为了评价间接遗传效应在植物进化中的作用,有必要研究代表多种生长形式和生活史的物种,优选在自然栖息地典型的竞争条件下。在本研究中,我进行了配对植物实验与克隆复制的Sedum专辑(景天科)基因型,以比较直接和间接遗传效应对营养或繁殖性能在自然的花园环境。为了允许在数据收集期间潜在混杂的植物个体之间的分离,当配对不同基因型的植物时,我利用了天然存在的颜色二态性(茎/叶组织中是否存在花青素)。与以前研究的植物不同,S. album是一种克隆的多年生草本,与生根匍匐茎水平生长,这一特征应通过增强个体之间的物理接触来促进间接遗传效应的表达。该物种通常在干燥,营养不良和空间限制的微生境中形成单特异性支架(苔藓垫,石灰岩基岩上的薄土壤块等等;图1),其中竞争性相互作用应是普遍的。因此,尝试在花园环境中模拟相对有限的条件。

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