Новый тип генетической вариации может усиливать естественный отбор
Неожиданное открытие нового типа генетической вариации предполагает, что естественный отбор — сила, движущая эволюцию, — является более мощным и сложным, чем считали учёные.
«Мы обнаружили, что естественный отбор может действовать не только на целые организмы и отдельные гены, но и на генные сети», — говорит Антонис Рокас, старший автор статьи, опубликованной 17 февраля в журнале Nature.
Это открытие может объяснить, как некоторые организмы, включая бактериальные патогены, поддерживают высокий уровень разнообразия и быстро адаптируются к новым стрессам.
Рокас с коллегами обнаружили, что близкий родственник пекарских дрожжей, Saccharomyces kudriavzevii, существует в двух разных состояниях:
Португальский вариант, потребляющий галактозу, использует сеть из шести генов для преобразования сахара в энергию. Удивительно, что японский вариант, не способный перерабатывать галактозу, тем не менее сохранил нефункциональную версию этой генной сети на протяжении миллионов лет.
«Такой уровень генетического расхождения нормален для далёких видов, например, человека и мыши. Но мы находим его внутри одного вида дрожжей», — отмечает соавтор Марк Джонстон.
Обычно естественный отбор и рекомбинация внутри вида активно поддерживают одну версию генов, выполняющих критические функции. Однако с генами галактозы у S. kudriavzevii этого не произошло.
Учёные сравнили геномы японской и португальской популяций дрожжей и с удивлением обнаружили, что расхождение между генами галактозы было в сто раз больше, чем расхождение между двумя геномами в целом. Это указывает на то, что два состояния сосуществовали миллионы лет, что является убедительным доказательством их активного поддержания естественным отбором.
Существует тип естественного отбора — балансирующий отбор, — который активно поддерживает разные версии отдельного гена в генофонде. Классический пример — серповидноклеточная анемия.
«Все известные случаи балансирующего отбора, как серповидноклеточная анемия, затрагивают один ген. Необычно в нашем случае то, что мы говорим о сети генов, рассеянной по всему геному дрожжей», — поясняет Рокас.
Пока исследователи не начнут искать этот тип отбора в генных сетях, невозможно определить, является ли он редкостью или фундаментальным процессом.
Одно из мест для поиска этой новой формы отбора — патогены, чей образ жизни схож с дрожжевым: большие популяции и преимущественно самооплодотворение с резервированием полового размножения для периодов сильного стресса. Конкретные кандидаты — одноклеточные паразиты, вызывающие малярию и лейшманиоз.
«Именно такой жизненный цикл, как мы ожидаем, позволяет поддерживать этот тип сложной генетической вариации», — говорит соавтор Крис Тодд Хиттингер.
Если этот новый тип отбора даёт конкурентное преимущество даже одному человеческому патогену, его идентификация может оказаться важной. «Мы сейчас проигрываем войну с патогенами. Поэтому любое преимущество в понимании того, как они адаптируются, может быть значимым», — заключает Рокас.