ДНК плодовых мушек из "Каньона эволюции" раскрывает движущие силы эволюционных изменений
Ученые давно пытались понять генетические различия между плодовыми мушками, живущими на расстоянии "прыжка через лужу" в природной среде "Каньона эволюции" на горе Кармель в Израиле.
Международная группа исследователей изучила ДНК этих близкородственных мушек, чтобы понять, как они смогли адаптироваться и выжить в столь близких, но крайне разных экологических условиях.
Одна из причин кроется в поразительном изобилии повторяющихся элементов ДНК, которые до недавнего времени считались "мусорной ДНК". Результаты исследования будут опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Мы поняли, что не все повторяющиеся последовательности — это мусорная ДНК. Эти повторы всё чаще признаются агентами адаптивных изменений", — сказал Павел Михалок, ведущий автор исследования.
Ключевые открытия:
- В популяциях мушек обнаружено большее, чем ожидалось, генетическое разнообразие в повторяющихся последовательностях.
- Это разнообразие приводит к потенциально функциональным различиям в важных биологических процессах, таких как устойчивость к стрессу и спаривание.
- Даже при миграции, скрещивании и почти полном вымирании целых популяций, среда является движущей силой в генофонде мушек Каньона.
Уникальная среда "Каньона эволюции":
Два склона каньона разделяют всего 100–400 метров, но условия радикально отличаются:
- Южный склон — тропический, получает в восемь раз больше солнца.
- Северный склон — более тёмный, напоминает европейский лес.
Генетическая адаптация животных зависит от того, живут ли они на более сухом и жарком или на более влажном и прохладном склоне.
Роль мобильных генетических элементов:
Ученые идентифицировали и нанесли на карту транспозоны — последовательности ДНК, способные спонтанно менять положение в геноме.
- Мухи с противоположных склонов показали значительную разницу в содержании и распределении этих мобильных элементов.
- Хотя их часто считают "геномными паразитами", в этом исследовании было обнаружено, что они могут предоставлять генетические новшества, которые используются для уникальных, целенаправленных функций в конкретных популяциях.
"Первым шоком был огромный объём генетических вариаций из-за динамики мобильных элементов. Вторым — количество популяционно-специфичных вставок транспозонов. Около 50% вставок были уникальны для конкретной популяции", — отметил Михалок.
Значение для науки:
Более 65% генов, вызывающих болезни у человека, имеют функциональные аналоги у мух, включая гены, связанные с раком, болезнями Альцгеймера и Паркинсона, сердечными заболеваниями.
Это открытие углубляет понимание биоразнообразия и способности видов адаптироваться к быстро меняющемуся климату и другим условиям окружающей среды.