Диплоидные дрожжи эволюционируют медленнее гаплоидных

Экспериментальная эволюция — мощный метод для изучения того, как геномы адаптируются и какую роль в этом играют отдельные мутации.

Организмы различаются по плоидности — количеству копий генома в клетке. Например, люди диплоидны (две копии), бактерии гаплоидны (одна копия), а садовая земляника октоплоидна (восемь копий).

Исследователи из Университета Лихай во главе с Грегори Лэнгом задались вопросом: как различаются скорости адаптации у гаплоидных и диплоидных организмов? В качестве модели использовали дрожжи Saccharomyces cerevisiae, которые могут стабильно существовать при разной плоидности и дают до 10 поколений за 24 часа.

Ключевые результаты:

• Диплоидные популяции (с двумя копиями генома) адаптировались медленнее, чем гаплоидные (с одной копией).
• Спектр полезных мутаций у диплоидов отличался от такового у гаплоидов.
• Распространённость гомозиготных мутаций зависела от их позиции в геноме.

Учёные измерили скорость адаптации 48 диплоидных популяций дрожжей на протяжении 4000 поколений и сравнили с ранее полученными данными для гаплоидных популяций. Для анализа они применили полногеномное секвенирование клонов и целых популяций в разные моменты времени.

Проверка классической теории

Работа также предоставила экспериментальное подтверждение «сита Холдейна» — теории, согласно которой рецессивные полезные мутации (не дающие преимущества в гетерозиготном состоянии) не могут закрепиться в диплоидных популяциях.

• Исследователи переносили полезные мутации, возникшие у гаплоидов, в диплоидный генетический контекст.
• Результаты подтвердили теорию: большинство полезных мутаций у гаплоидов оказались рецессивными и не давали преимущества диплоидам, тогда как мутации, возникающие в диплоидных популяциях, рецессивными не были.

Вывод: Плоидность, широко варьирующаяся в живой природе, существенно влияет на доступный спектр полезных мутаций и, как следствие, на скорость и траекторию эволюции генома.

Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution под названием «Altered access to beneficial mutations slows adaptation and biases fixed mutations in diploids».