Вид червей потерял 7000 генов после перехода к самооплодотворению
Исследование под руководством Университета Мэриленда (UMD) показало, что черви, способные к самооплодотворению, потеряли четверть своего генома, включая гены, обеспечивающие конкурентоспособность сперматозоидов.
Миллион лет назад вид крошечных червей Caenorhabditis briggsae эволюционировал, получив способность к размножению путем самооплодотворения (selfing). В результате большинство C. briggsae являются гермафродитами. Для изучения влияния selfing на эволюцию, исследователи секвенировали геном ближайшего родственника — Caenorhabditis nigoni, который размножается только скрещиванием с другими особями (outcrossing).
Сравнение геномов выявило, что у самооплодотворяющихся C. briggsae на 7000 генов меньше, чем у C. nigoni. Это составляет примерно четверть генома, утраченную со временем.
Гипотеза и подтверждение: Поскольку основной разницей является способ размножения, ученые предположили, что смена outcrossing на selfing привела к потере генов. Сравнение активности генов у самцов и самок C. nigoni показало, что почти три четверти утраченных C. briggsae генов были более активны у самцов.
Фокус на генах конкуренции спермы: Исследователи сосредоточились на семействе "male secreted short" (mss) генов, присутствующих у C. nigoni, но отсутствующих у C. briggsae и других самооплодотворяющихся видов Caenorhabditis. Эти гены активны только у самцов видов с outcrossing.
- С помощью CRISPR ученые удалили четыре mss гена у вида с outcrossing — Caenorhabditis remanei. Сперматозоиды самцов без этих генов не могли конкурировать со спермой обычных самцов.
- При вставке mss генов в самцов C. briggsae их сперматозоиды превзошли по конкурентоспособности сперму обычных самцов и гермафродитов C. briggsae.
Было установлено, что mss гены кодируют короткие белки, покрывающие поверхность сперматозоидов. Эти гены дают сперме самцов преимущество в конкуренции при спаривании.
Почему гены были потеряны? По словам ведущего исследователя Эрика Хаага, гены, полезные для видов с раздельнополым размножением, могут стать вредными для видов, перешедших к selfing. Исследователи обнаружили, что наличие конкурентоспособной спермы у самцов смещает соотношение полов в популяции в сторону большего числа самцов. Это может замедлить рост популяции и создать угрозу для выживания в дикой природе, где необходимо быстрое размножение.
Дальнейшие исследования будут проверять эту гипотезу на популяциях C. briggsae, а также изучать механизм работы mss генов и роль остальных 7000 утраченных генов.
"Наши результаты показывают, что гены, необходимые на протяжении десятков миллионов лет, могут внезапно стать бесполезными или даже обременительными при изменении половой системы", — Эрик Хааг.
Исследование "Rapid genome shrinkage in a self-fertile nematode reveals sperm competition proteins" было опубликовано в журнале Science 5 января 2018 года.