Быстрая эволюция: определение пола у шпорцевых лягушек бросает вызов преобладающей теории

Исследователи из Университета Макмастера обнаружили неожиданное разнообразие генетических процессов, определяющих пол у африканской шпорцевой лягушки — важное открытие для одного из самых широко изучаемых в мире видов земноводных.

Геномный анализ выявил в общей сложности восемь различных половых хромосом всего у 11 видов этих лягушек. Многие или все из них могут содержать уникальные, недавно эволюционировавшие гены, запускающие дифференцировку в мужской или женский пол.

Ранее исследователям было известно лишь о трёх разных половых хромосомах у этих лягушек.

«У этих лягушек мы обнаружили необычайную изменчивость даже среди близкородственных видов, что позволяет нам исследовать, как такие важные вещи, как определение пола, эволюционируют быстро», — говорит Бен Эванс, ведущий автор исследования в журнале Molecular Biology and Evolution.

Африканская шпорцевая лягушка используется в биологических исследованиях как модельный организм из-за её близкого эволюционного родства с человеком и потому, что раннее развитие происходит внешне, что позволяет легко наблюдать и манипулировать фундаментальными процессами.

В этом исследовании учёные точно определили местоположение вновь идентифицированных половых хромосом, что добавило удивления.

Преобладающая теория предполагала, что гены, определяющие пол, обычно возникают в регионах генома с низкой частотой рекомбинации — обмена генетическим материалом внутри каждого родителя, создающего новые комбинации признаков у потомства.

Вместо этого они обнаружили, что эти недавно эволюционировавшие гены почти повсеместно расположены в регионах с высокой генетической рекомбинацией. Это ставит вопросы о том, как и почему генетическая основа очень важных биологических признаков — таких как половая дифференцировка — может эволюционировать так быстро и как возникают новые гены и генетические функции.

«Если бы вы провели те же тесты внутри некоторых более древних групп, таких как большинство млекопитающих или все птицы, вы бы обнаружили, что их половые хромосомы одинаковы. Но у этой группы лягушек — в резком контрасте — невероятная вариативность», — объясняет Эванс.

«Вероятно, новые гены возникали у этих лягушек много раз, чтобы управлять половой дифференцировкой, действуя как "включатель" или "переключатель мужской-женский" на вершине каскада развития».

В 2015 году Эванс, изучающий шпорцевую лягушку более двух десятилетий, возглавил команду, которая обнаружила шесть новых видов и вернула ещё один в список известных видов, заложив основу для этой работы.