Первая роза была желтым цветком с одним рядом лепестков

Рис. 1. Обобщенное филогенетическое дерево роз, полученное авторами, с фотографиями современных форм. Видно, что самые базальные ветви ведут к желтым и белым розам. Такие же цвета, по всей видимости, имели предковые формы роз, росшие на территории современного Китая. Изображение из популярного синопсиса обсуждаемой статьи

Исследователи из Пекинского лесотехнического университета провели крупномасштабное исследование эволюции и разнообразия роз для выведения новых сортов. Благодаря большому объему использованных данных, им удалось выяснить неизвестные ранее подробности о ранней эволюции этих цветов. В частности, все ныне живущие розы происходят от простого желтого цветка, жившего в Азии в конце миоцена (хотя это исследователи подозревали и раньше). А большая часть разнообразия роз зародилась на территории современного Китая, где розы независимо эволюционировали в двух регионах на севере и юге.

Род Шиповник (или Роза, Rosa), входящий в семейство Розоцветные наряду с яблонями, персиковыми деревьями и клубникой, — самый популярный источник декоративных и комнатных цветов в Европе и США. Существует около 35 000 культивируемых сортов с огромным разнообразием окраски и запаха, но все они происходят максимум от 10 видов, в то время как всего род Шиповник насчитывает до 200 видов (рис. 1, 2).

Рис. 2. Разнообразие окраски и строения цветка современных роз. Рисунок из обсуждаемой статьи

Для ботаников и садоводов, занимающихся выведением новых сортов роз, очень важно знать вклад диких предков и процесса одомашнивания в генетическое разнообразие этих цветов. Такая информация важна для планирования будущих скрещиваний и выведения новых сортов.

Однако, уже произошедшие скрещивания в процессе селекции и многочисленные события полиплоидизации (напомню, что у растений геном может быть полиплоидным, для них удвоение числа хромосом не страшно) сильно смазали эволюционную картину и запутали ее до неузнаваемости. Для того, чтобы попытаться восстановить ее компьютерными методами, требуются большие наборы качественных данных и статистически мощные методики. И чем больше данных, тем лучше.

С этим до недавнего момента были проблемы: в 2014 и 2021 годах были опубликованы филогенетические исследования по роду Rosa, но они базировались менее чем на 100 генах и менее чем полутора сотнях образцов (M. Fougère-Danezan et al., 2014. Phylogeny and biogeography of wild roses with specific attention to polyploids, K. Debray et al., 2021. Unveiling the Patterns of Reticulated Evolutionary Processes with Phylogenomics: Hybridization and Polyploidy in the Genus Rosa). Это позволило уточнить молекулярную филогенетику — большинство подродов, как ранее ожидалось, оказалось не монофилетическими, а прародиной всех роз и шиповников оказалась Азия. Но для более подробного исследования был нужен больший набор данных.

Группа исследователей из Пекинского лесотехнического университета под руководством Чао Юя (Chao Yu) с 2003 года секвенирует геномы диких и культивируемых роз. В итоге к настоящему времени у них накопились данные по 707 генам и 215 образцам. Группа Чао Юя провела комплексное биоинформатическое исследование этих данных методами филогенетики и популяционной генетики и в апреле 2025 года опубликовала результаты в журнале Nature Plants.

Чтобы построить филогенетические деревья роз, авторы использовали как последовательности ядерных генов, так и хлоропластные гены — в эволюционных исследованиях растений они играют ту же роль, которую в популяционной генетике человека играет митохондриальная ДНК. Это позволило минимизировать ошибки, связанные с многочисленными скрещиваниями и полиплоидизацией.

В свою очередь, более точная филогенетика дала возможность вычислить, какие характеристики были у диких предков роз, то есть произвести реконструкцию предкового состояния. Для этого авторы нанесли на филогенетические деревья признаки ныне живущих роз и статистически рассчитали, какими они были у их предков, образующих узлы дерева. Для такого расчета используются те же статистические методы, что и для построения самих деревьев — метод максимального правдоподобия и метод максимальной экономии.

Всего авторы реконструировали четыре признака: количество листочков сложного листа, строение околоцветника (один или два ряда лепестков), наличие соцветий и цвет лепестков (рис. 3). Оба метода расчета показали, что предок всех роз, находящийся в основании дерева, имел сложные листья из 7 листочков. У него были одиночные цветки без соцветий, имеющие один ряд желтых лепестков.

Рис. 3. Филогенетические деревья рода Rosa с реконструкцией предкового состояния по четырем признакам: числу листочков сложного листа (a), количеству лепестков цветка (b), структуре соцветия (c) и цвету лепестков (d). Реконструируемый для каждого узла признак отмечен кружочком на этом узле. Для цвета лепестков — цвет узла соответствует реконструируемому цвету самого цветка. Можно заметить, что сначала все розы были желтыми, а первыми от них отделились белые формы. Рисунок из обсуждаемой статьи

Помимо филогенетических методов, авторы также применили методы популяционной генетики — они фактически рассмотрели весь род Rosa как совокупность популяций (напомню, что обычно так рассматривается только вид). Они смогли идентифицировать несколько «бутылочных горлышек», через которые прошли все шиповники мира (или их предки). Первое «бутылочное горлышко» случилось примерно 6 млн лет назад — на границе между миоценом и плиоценом. Интересно, что предыдущие исследования датируют тем же самым временем диверсификацию рода Rosa в целом. Вполне возможно, что именно в это время жил тот самый желтый цветок с простым околоцветником — общий предок всех роз. Условия для диверсификации были не лучшие — началось оледенение, а во внутриконтинентальных регионах Азии снизилось количество осадков, климат стал более аридным.

После этого бутылочного горлышка популяции роз начали разделяться — вероятно, это произошло на территории современного Китая (рис. 4). Авторам удалось выяснить, что популяции, происходящие с северо-запада и юго-запада современного Китая, практически не обменивались генами — то есть, по-видимому, на территории Китая сложилось два независимых центра диверсификации роз, из которых происходит все их современное разнообразие.

Рис. 4. Географическое происхождение роз, чьи гены были использованы для исследования. Больше всего видов и сортов происходит с территории современного Китая. Рисунок из обсуждаемой статьи

На северо-западе Китая долго сохранялся аридный климат, подобный тому, в котором жила первая на свете желтая роза. Местные розы долгое время сохраняли желтую окраску — возможно, чтобы быть заметнее для опылителей. В более влажном южном регионе розы могли «надеяться» привлечь опылителей запахом — поэтому здесь преобладали цветы с белыми и даже пестрыми лепестками.

Территория современного Китая, где развивались первые розы, вновь оказалась под погодно-климатическим ударом в конце третичного периода — с этим моментом совпадает еще одно общее «бутылочное горлышко» всего рода Rosa. Ожидаемо, что самое последнее из трех «горлышек» имело место во время последнего ледникового максимума, примерно 26,5–19 тысяч лет назад. Но остановить процветание роз оно было уже не в силах...

Что касается общего разнообразия диких и культурных роз, то здесь авторы сделали вывод, что дикие розы генетически разнообразнее культурных — и подготовили списки видов и сортов из своего набора данных для будущих скрещиваний. Но здесь следует заметить, что на выводы могла повлиять смещенная выборка — в ней преобладают китайские виды, в то время как европейские и североамериканские виды представлены в малом количестве. На этот момент обращает внимание автор предыдущего исследования по филогенетике роз Валери Малеко в популярном синопсисе для Nature Plants, он же вызывает сожаление у Марии Логачевой — специалиста по геномике растений Сколтеха. «Выводы могут отличаться для европейских и американских сортов — при их выведении в селекцию вовлекали местные виды», — поясняет она. Впрочем, Мария Логачева добавляет, что собрать по-настоящему репрезентативную выборку роз в одном исследовании затруднительно из-за большого количества видов и сортов.

Саму же статью она оценивает как в целом качественную, а значит, вывод про происхождение всех роз от желтого цветка, скорее всего, остается валидным. Именно он привлек научных журналистов по всему миру: заголовки популярных новостей, посвященных обсуждаемой статье, в основном звучат в духе «Все розы когда-то были желтыми», причем на всех представленных языках (и даже популярный синопсис во «флагманском» Nature — не исключение!).

Довольно сильные подозрения на этот счет были в научном мире и раньше. Так, в более ранних работах уже было установлено, что розы с жёлтыми цветками, такие как роза персидская (рис. 5), «ответвились» на эволюционном дереве раньше всех и занимают базальное положение — а значит, самые первые розы тоже должны были быть желтыми (K. Debray et al., 2019. Identification and assessment of variable single-copy orthologous (SCO) nuclear loci for low-level phylogenomics: a case study in the genus Rosa (Rosaceae)). Китайские исследователи скорее «финализировали» этот вывод и придали ему более мощную статистическую поддержку. «Обычно все, даже лучшие статьи, публикуемые в Nature, инкрементальны. Просто в них пазл складывается наиболее красиво», — подытоживает Мария Логачева.

Рис. 5. Роза персидская (Rosa persica) — один из самых базальных видов роз, обособившихся на эволюционном дереве раньше всех. Примерно так же мог выглядеть предок всех роз на свете. Фото с сайта ru.wikipedia.org

Георгий Куракин