Эволюция без секса: как бесполые клещи генерируют генетическое разнообразие и обеспечивают выживание
Исследователи из Кёльнского университета совместно с международными коллегами изучили бесполое размножение панцирных клещей (орибатид) с помощью методов секвенирования генома.
Они показали, что ключом к эволюции без пола у этих клещей может быть независимая эволюция их двух копий хромосом — явление, известное как «эффект Мезельсона». Учёные выявили различные механизмы, способствующие генетическому разнообразию хромосомных наборов, что потенциально обеспечивает долгосрочное существование вида.
Как и люди, орибатидные клещи обладают двумя наборами хромосом. Однако бесполый клещ Platynothrus peltifer размножается партеногенетически: матери производят дочерей из неоплодотворённых яйцеклеток, в результате чего популяция состоит исключительно из самок.
Используя секвенирование отдельных особей, исследователи впервые проанализировали накопленные различия между копиями хромосом и оценили их значение для выживания клеща.
Исследование «Chromosome-scale genome dynamics reveal signatures of independent haplotype evolution in the ancient asexual mite Platynothrus peltifer» опубликовано в Science Advances.
Секс считается движущей силой эволюции: он способствует генетическому разнообразию и помогает организмам быстрее адаптироваться к изменяющимся условиям среды. Без пола, согласно преобладающей теории, организмы рискуют генетическим застоем и вымиранием. Однако клещ Platynothrus peltifer бросает вызов этой парадигме: он существует более 20 миллионов лет — полностью без секса.
Потомство наследует либо все, либо некоторые варианты генов (аллели) матери, то есть может быть её «полным клоном».
У этого клеща две копии хромосомных наборов эволюционируют независимо друг от друга, что позволяет возникать новым генетическим вариантам, сохраняя при этом важную информацию.
Команда обнаружила заметные различия в экспрессии генов — то есть в том, какие копии генов активны и в какой степени. Эти различия позволяют быстро реагировать на изменения окружающей среды и дают селективное преимущество.
Другой механизм, способствующий генетическому разнообразию, — горизонтальный перенос генов (HGT), то есть перемещение генетического материала за пределами барьеров полового размножения.
«Горизонтальный перенос генов можно представить как добавление новых инструментов в существующий набор. Некоторые из этих генов, по-видимому, помогают клещу переваривать клеточные стенки, расширяя его пищевой спектр», — пояснила первый автор исследования доктор Хюсна Озтопрак из Института зоологии Кёльнского университета.
Кроме того, важную роль играют транспозонные элементы (TE), или «прыгающие гены». Они перемещаются по геному. Особенно интересно, что активность этих TE различается между двумя копиями хромосом. В то время как на одной копии они активны и могут вызывать динамичные изменения, на другой они, как правило, остаются неактивными.
Исследование проливает свет на стратегии выживания бесполых организмов. Эволюция без пола поддерживается различными источниками генетического разнообразия.
«В будущих исследовательских проектах мы хотели бы выяснить, существуют ли дополнительные механизмы, которые могут быть важны для эволюции без секса», — сказал доктор Йенс Баст, руководитель группы Emmy Noether в Кёльнском университете.