Эволюция может перенастраивать генные сети для адаптации к изменениям среды

Ученые Бирмингемского университета раскрыли генетические механизмы, позволяющие микроскопическим водяным блохам адаптироваться к повышенному уровню загрязнения озер фосфором.

Сопоставив сети генов с физиологическими реакциями древних и современных дафний, исследователи выявили, что кластер из более чем 800 генов, многие из которых вовлечены в метаболические процессы, эволюционировал, став "пластичным" (гибким).

Это позволяет современным дафниям регулировать экспрессию генов в зависимости от количества фосфора в окружающей среде. Это особенно удивительно, поскольку их 700-летние предки были не способны на такую пластичную реакцию.

Открытие стало возможным благодаря сравнению реакций современных дафний с их 700-летними предками. И современные, и древние образцы были взяты из одного озера в Миннесоте, где эвтрофикация — процесс, вызывающий губительное цветение водорослей с высоким содержанием фосфора — началась в начале XX века.

Дафнии могут помочь сократить эти цветения, но им приходится справляться с повышенным уровнем фосфора, который может вредить их здоровью.

Метод и анализ

Используя метод resurrection ecology ("экология воскрешения"), ученые возродили покоящиеся яйца из донных отложений озера. Это позволило новым способом сравнить генетические реакции оживленных столетних водяных блох с их современными потомками.

"Мы использовали существующие данные и современные аналитические методы, чтобы связать паттерны экспрессии генов с физиологическими реакциями, которые позволяют этим животным справляться с повышенным содержанием фосфора в среде", — говорит эксперт по экологической палеогеномике доктор Дагмар Фриш.

"Мы применили методы сетевого анализа, чтобы выяснить, какие гены "общаются" с другими или образуют кластеры (модули), и как это генное общение изменилось у ключевого вида за последние 700 лет. Кроме того, нам впервые в resurrection ecology удалось связать эти модули с конкретными наблюдаемыми признаками", — добавляет доктор Марчин Войеводиц.

Значение исследования

Понимание адаптивных способностей дафний поможет ученым лучше прогнозировать потенциал этих существ в смягчении угрозы фосфорного загрязнения.

"Поскольку дафния является ключевым видом в водных экосистемах, наше исследование в конечном итоге улучшает понимание того, как водные экосистемы могут смягчать некоторые последствия эвтрофикации — одной из основных глобальных угроз для пресноводных сред", — отмечает доктор Дёрте Беккер.

"Наше исследование подчеркивает, что эволюция — это результат молекулярной тонкой настройки, происходящей на разных уровнях, от базовых клеточных ответов до сложных физиологических признаков", — говорит доктор Беккер.

Работа опубликована в журнале Molecular Biology and Evolution.