Kromosomfördubbling hjälper växter att hitta nya nischer, men det finns dolda risker
Under evolutionens gång händer det att växter får en extra uppsättning av kromosomer. Det leder till en större genetisk variation och möjligheter till framgång i nya miljöer. Men det kan även kan leda till att skadliga mutationer ansamlas i arvsmassan, vilket kan vara ett långsiktigt hot.
Studien har letts av Levi Yant från Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och Filip Kolář från Karlsuniversitetet i Prag och resultaten har publicerats i tidskriften PNAS.
Att en organism får en extra komplett uppsättning kromosomer är en sällsynt händelse i naturen, men det är en stark och hittills dåligt utforskad evolutionär kraft. Sådana fördubblingar av arvsmassan har inträffat många gånger i livets historia – särskilt hos växter, och däribland flera av våra viktigaste grödor som vete, potatis och sockerbeta. Men vad betyder detta för naturliga populationer och deras förmåga att anpassa sig?
För att belysa detta har ett europeiskt forskarlag kartlagt och analyserat arvsmassan hos mer än 600 individer av den vilda växten sandtrav (Arabidopsis arenosa). Växtmaterialet hämtades från 23 bestånd där växterna har det ursprungliga antalet kromosomer och 42 bestånd där de har dubbelt så många. De senare förekommer ofta i mer extrema miljöer, till exempel med höga halter av tungmetaller.
Det forskarna fann var att kromosomomfördubbling inte bara ökar antalet små mutationer, utan också påskyndar uppkomsten av stora strukturella förändringar i arvsmassan.
En avgörande upptäckt är att kromosomomfördubbling också kan dölja skadliga mutationer genom att tillhandahålla extra ”reservkopior” av gener. Detta kan vara positivt, men det kan också leda till att potentiellt skadliga mutationer på sikt kan ansamlas i arvsmassan – något som forskare kallar för genetisk belastning.
– Den här typen av kromosomfördubbling ger alltså en kortsiktig fördel – den dämpar skador – men den medför också långsiktiga risker, säger Levi Yant, som är professor i genetik vid SLU.
Eftersom genetisk variation är råmaterialet för evolution, ger förståelsen för hur denna variation byggs upp – och hur den formas när arvsmassan fördubblas – en djup inblick i hur arter anpassar sig. I en tid då klimatförändringar sätter allt större press på våra grödor, är dessa resultat särskilt aktuella.
– Polyploidi, alltså att ha extra kromosomuppsättningar, är vanligt i växtriket och har länge kopplats till större och mer robusta växter, säger Yant. Men vårt arbete avslöjar en dold kostnad. Resultaten är direkt relevanta för hur vi förädlar motståndskraftiga grödor för framtiden och hur vi förstår vilda växters anpassning till klimatförändringar.
Mer om studien
Studien är den första som visar hur en kromosomfördubblings kostnader och fördelar kan förändras under ett ”evolutionärt förlopp” hos en polyploid form av en vild växt. Forskarna utgick från den omfattande kartläggningen av arvsmassan hos ett stort antal individer och har sedan gjort upprepade datorsimuleringar för att visa hur arvsmassan kan komma att förändras på mycket lång sikt.
Kontaktperson vid SLU
Levi Yant, professor
Institutionen för växtbiologi
Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala
levi.yant@slu.se,
Den vetenskapliga artikeln
Jakub Vlčeka & Tuomas Hämälä et.al. 2025. Whole-genome duplication increases genetic diversity and load in outcrossing Arabidopsis arenosa. PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.2501739122
Pressbild
(Får publiceras fritt i anslutning till artiklar om detta pressmeddelande. Klicka för högupplöst foto. Fotograf ska anges.)
