Массивный сдвиг генома за одно поколение в ходе эволюции
Биологи обнаружили, что сельскохозяйственный вредитель Rhagoletis pomonella («яблонная муха»), начавший поражать яблони в США в 1850-х годах, вероятно, претерпел обширные и геномные изменения всего за одно поколение.
Исследование, опубликованное в Ecology Letters, основано на анализе с помощью современных инструментов секвенирования генома образцов из экспериментов 1990-х годов, сохранённых в лаборатории Университета Нотр-Дам.
- Две формы мухи: Исходная форма откладывает яйца в плоды боярышника. Производная форма, появившаяся в 1850-х, адаптировала свой жизненный цикл к более раннему плодоношению яблони. Эти формы имеют явные различия и находятся на пути к видообразованию.
- Скорость изменений: Поскольку у мухи одно поколение в год, все генетические различия между формами накопились не более чем за 170 поколений, несмотря на ежегодный генный поток около 5% между популяциями.
- Эксперимент: В 1990-х мух из популяции боярышника разделили и вырастили в лаборатории в условиях, имитирующих циклы боярышника и яблони, повторив смену хозяина 1850-х годов.
- Геномный анализ: Сравнение SNP (однонуклеотидных полиморфизмов) показало, что у первого поколения мух, выращенного на «яблочном» цикле, изменилось более 32 000 SNP.
- Ключевой вывод: Эти изменения, произошедшие в одном поколении в эксперименте, составили до 70% всех генетических различий, накопленных между природными популяциями яблони и боярышника с 1850-х годов. Направление и величина изменений в эксперименте и в природе были сходными.
- Причины масштабного сдвига: Эффект отбора оказался
общегеномным из-за:
- Полигенного характера отбираемых признаков.
- Высокого уровня генетической изменчивости в популяции.
- Наличия в геноме инверсий (перевёрнутых участков ДНК), которые усиливают дисбаланс по сцеплению (linkage disequilibrium) и общее влияние отбора.
Исследование показывает силу экологического отбора на ранних стадиях дивергенции и необходимость интеграции исследований видообразования и расхождения геномов.