Ao longo dos anos, centenas de artigos foram publicados descrevendo as mudanças genéticas que ocorrem durante a evolução das plantas e as diferenças evidentes entre as espécies individuais. Um número igualmente alto de artigos foi publicado sobre a definição de espécies, sua separação e nomeação. Muitos se juntaram às discussões sobre onde e por que novas espécies se formam – por barreiras reprodutivas ou colonização de ilhas, por exemplo. Mas só agora estamos percebendo que há um forte componente genético nesses eventos: a especiação não "simplesmente acontece".
Planejamos as questões mais destacadas de Annals of Botany um ano ou mais de antecedência. Mas os sete papéis para a edição de destaque de setembro, “Genes em evolução”Isso se deve ao fato de todos esses artigos terem sido submetidos praticamente ao mesmo tempo. Isso demonstra que o controle da diversidade e da especiação é um tema realmente relevante, no qual avanços imprevisíveis há um ano estão agora ocorrendo – e as implicações são amplas, desde as consequências das mudanças climáticas nos ecossistemas naturais até as abordagens de melhoramento genético e seleção para novas e melhores culturas.
A revisão de Rieseberg e Blackman (2010) identifica nada menos que 41 genes que podem levar ao isolamento reprodutivo de populações. Curiosamente, os genes são muito diversos e incluem aqueles que têm efeitos pré-zigóticos e pós-zigóticos. O simples isolamento geográfico não é visto como a única causa generalizada de especiação e da cessação do fluxo gênico entre populações; no entanto, características geográficas tanto maiores quanto menores levam ao isolamento de populações, e He et al. (2010) são capazes de mostrar um exemplo onde a estrutura genética de uma espécie, Banksia Hookeriana, não depende apenas da estrutura de uma paisagem, neste caso em que a população se localiza em cristas dunares separadas fisicamente por depressões inabitáveis.
A dispersão ocasional de sementes a longa distância ou o movimento de indivíduos de uma população para outra mantém a conectividade dentro da espécie e evita o isolamento. Em contraste, Nomura et ai. (2010) fornecem informações sobre a filogenia e as implicações da diversidade de habitat. Farfugium (Asteraceae) é um grupo monofilético associado a uma ampla gama de habitats, incluindo sub-bosque florestal (esciófitos), penhascos costeiros (heliófitos) e leitos de rios (reófitos) em um arquipélago no leste da Ásia. Eles concluíram que o isolamento em ilhas e subsequentes eventos paralelos de adaptação seguiram a migração sobre pontes terrestres do Quaternário ao longo da faixa de distribuição. A variação não informativa da sequência de DNA, juntamente com morfologias altamente divergentes, sugere que a diversificação adaptativa foi rápida.
Os outros quatro artigos fazem conclusões relacionadas à diversificação e seleção genética observadas em plantas cultivadas. O Vale de Tehuacán, no México, oferece um notável 'laboratório natural' para o estudo dos efeitos da seleção humana nas plantas, porque existem mais de 100 espécies de plantas nativas onde a seleção artificial está sendo praticada e essas populações silviculturais e cultivadas coexistem com populações selvagens. Parra et al. (2010) estudam o cacto Stenocereus puinosus e descobrem que, apesar da seleção para frutas maiores e mais doces, há altos níveis de fluxo gênico que promovem divergência morfológica e estrutura genética moderada entre populações selvagens e manejadas, enquanto conservam a diversidade genética. Assim, apesar da forte seleção, não há nenhum gargalo genético evidente que possa limitar os criadores da fruta no futuro, ao contrário do que ocorre em muitas outras espécies domesticadas.
Conforme observado acima, a hibridação ou poliploidia – especiação por duplicação de todo o genoma – pode levar a espécies novas e isoladas reprodutivamente em um único evento. A evidência de eventos de poliploidia evolutivamente recentes é vista em metade de todas as plantas e contribui significativamente para a biodiversidade vegetal. Shi et ai. (2010) observam eventos antigos, ou paleopoliploidia, que podem ser inferidos a partir de dados genômicos e sua análise dos genomas nucleares de kiwis (actinidia) e Ericales relacionados mostram evidências de pelo menos dois eventos de paleopoliploidia. Seus resultados fornecem evidências de que os métodos de família de genes são capazes de descobrir de forma confiável eventos antigos de especiação poliploide.
Soja, Glicina max, é uma importante cultura tetraplóide, mas ainda existem lacunas em sua história de domesticação. Guo et al. (2010) realizam um extenso estudo da diversidade da soja de seu centro de origem no sul da China usando marcadores moleculares e propõem uma única origem com um gargalo genético moderadamente grave durante a domesticação. A soja selvagem nesta região tem um pool genético inexplorado e valioso para reprodução futura, mas, ao contrário da situação em Stenocereus, exigirá estudo cuidadoso e extenso cruzamento com seleção para introduzir essa diversidade no pool de germoplasma disponível para melhoradores de plantas.
O trabalho final do Destaque apresenta um exemplo importante de como a diversidade de uma espécie silvestre pode ser aproveitada em uma das três culturas de grãos mais importantes do mundo. Arroz, oryza sativa, requer fertilização para definir a semente, mas as temperaturas experimentadas durante o tempo quente (acima de 32–36 °C) induzem a esterilidade. Considerando que tais temperaturas raramente são alcançadas no início da manhã, Ishimaru et al. (2010) introgrediram uma característica de floração matinal (EMF) de arroz selvagem, O. officinalis, onde a antese ocorre logo após o nascer do sol. Embora o efeito da temperatura na própria esterilidade tenha sido semelhante nas duas espécies de arroz, evitar altas temperaturas por algumas horas causadas pela característica de floração matinal leva a um aumento significativo da fertilidade na linhagem com introgressão da característica EMF.
Juntos, esses sete artigos acrescentam consideravelmente à nossa compreensão da genética em um amplo contexto evolutivo. Os resultados são significativos para espécies selvagens, com implicações para ecossistemas inteiros e, de fato, as espécies usadas como exemplos nestes artigos são aquelas de sistemas costeiros, insulares e de dunas que são particularmente ameaçados por mudanças, incluindo 'desenvolvimento' urbano, alterações do nível do mar , frequências de tempestades e temperatura. Os crop papers mostram como o conhecimento dos mecanismos da evolução e dos genes associados pode impactar na nossa exploração da biodiversidade nas lavouras e seus parentes silvestres
