Обнаружена скрытая дупликация генома, которая могла помочь рыбам пережить вымирания

Генетики обнаружили важное событие в древней истории осетровых и веслоносых рыб, которое меняет представления об эволюции. Они выявили ранее неизвестную полногеномную дупликацию (whole genome duplication, WGD) у общего предка этих видов. Это событие, по-видимому, создало запас генетических вариаций, который мог дать преимущество в период массового вымирания около 200 миллионов лет назад.

Более широкий вывод исследования заключается в том, что, вероятно, существует множество других упущенных из виду общих WGD у разных видов, которые произошли перед периодами экстремальных изменений среды на протяжении истории Земли.

Исследование под руководством профессора Аойфе МакЛайсагт и доктора Энтони Редмонда из Школы генетики и микробиологии Тринити-колледжа в Дублине опубликовано в журнале Nature Communications.

Что такое полногеномная дупликация?

Как пояснила профессор МакЛайсагт, WGD — это событие, при котором весь геном копируется, и у вида внезапно оказывается в два раза больше генетического материала. Если большинство видов, включая человека, являются диплоидными (имеют пары хромосом от каждого родителя), то после WGD все гены представлены в четырёх копиях. Это создаёт обширный исходный материал для мутаций и эволюции. Со временем геном вида возвращается к типичному парному состоянию в процессе редиплоидизации.

Новое открытие: время редиплоидизации

Учёным давно известны оба процесса. Новое и важное открытие заключается в том, что время, необходимое для завершения редиплоидизации, является критическим. В случае осетровых и веслоносых этот процесс занял очень долгий срок. В результате некоторые дупликации генов оказались специфичными для каждого вида и произошли уже после их разделения на эволюционном древе.

Из-за этого древняя исходная WGD, случившаяся до разделения видов, долгое время оставалась незамеченной. Исследователи полагают, что аналогичная ситуация могла произойти и во многих других эволюционных линиях.

Связь с массовыми вымираниями

Генетический анализ показал, что у осетровых и веслоносых есть как общие, так и уникальные дупликации генов, восходящие к древней WGD. Датировка этого события указывает на период чуть более 250 миллионов лет назад — непосредственно перед Пермско-триасовым массовым вымиранием, уничтожившим более половины всех семейств живых организмов.

Это подтверждает теорию о том, что события WGD предоставляют видам больше «эволюционного полотна» для работы: больше генетического материала означает больше возможностей для вариаций за определённое время. Это, в свою очередь, повышает шанс появления признаков, дающих преимущество в сложных или меняющихся условиях среды. Такие условия определённо существовали в период редиплоидизации, который совпал с Триасово-юрским вымиранием около 200 миллионов лет назад.

Значение для понимания эволюции позвоночных

Доктор Энтони Редмонд отметил: «Множественные события полногеномной дупликации, как известно, происходили у наших древних предков-позвоночных и сформировали ландшафт современного человеческого генома. Наши результаты важны не только для понимания эволюции геномов осетровых, но и дают сравнительное представление о том, как эволюционировали геномы и дуплицированные гены наших ранних предков-позвоночных после этих событий удвоения».