Ученые раскрыли ключевой механизм эволюции: дупликация всего генома движет долгосрочной адаптацией

Ученые из Технологического института Джорджии выяснили, как возникает и сохраняется дупликация всего генома (whole-genome duplication, WGD) и как она движет адаптацией. Это открытие было сделано в рамках Долгосрочного эксперимента по эволюции многоклеточности (Multicellular Long-Term Evolution Experiment, MuLTEE).

Неожиданное открытие в данных

Исследователи использовали «снежинковые» дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), отбирая их по размеру для перехода от одноклеточности к многоклеточности. На 1000-й день эксперимента ученые заметили признаки возможного перехода от диплоидности (два набора хромосом) к тетраплоидности (четыре набора).

Измерения показали, что WGD произошла очень рано — в первые 50 дней MuLTEE. Удивительно, но эти тетраплоидные геномы сохранялись стабильно более 1000 дней, несмотря на характерную нестабильность WGD в лабораторных условиях.

Почему дупликация сохранилась?

Команда обнаружила, что WGD возникла и закрепилась, потому что дала дрожжам немедленное преимущество: они стали формировать более крупные клетки и многоклеточные кластеры, что соответствовало условиям отбора в эксперименте.

Хотя WGD у «снежинковых» дрожжей обычно нестабильна, в MuLTEE она сохранилась благодаря преимуществу в выживаемости более крупных кластеров. Эта стабильность позволила дрожжам пройти генетические изменения, где ключевую роль в развитии многоклеточности сыграла анеуплоидия (аномальное число хромосом). В результате MuLTEE стал самым длительным экспериментом по эволюции полиплоидии.

Роль студентов в открытии

Четыре студента-бакалавра сыграли критическую роль в исследовании. В частности, Вивиан Ченг, присоединившаяся к лаборатории на первом курсе, занималась генетической инженерией диплоидных и тетраплоидных штаммов дрожжей, которые позже стали ключевой частью анализа.

Как отметил ведущий автор Уильям Рэтклифф, самые значимые результаты таких долгосрочных экспериментов часто оказываются неожиданными. Это открытие проливает новый свет на эволюционную динамику дупликации всего генома и представляет важный шаг к пониманию того, как жизнь эволюционирует.