Понимание геномной сигнатуры коэволюции

Международная команда исследователей, включая лимнологов из Констанцского университета, показала, что быстрые геномные изменения во время антагонистических взаимодействий видов формируются взаимным влиянием экологии и эволюции.

В исследовании "Обратная связь между отбором и демографией формирует геномное разнообразие в ходе коэволюции", которое будет опубликовано в Science Advances 2 октября 2019 года, ученые из Германии, Швейцарии, Китая и Великобритании демонстрируют, что молекулярная эволюция во время взаимодействий видов формируется как динамикой эко-эволюционной обратной связи, так и межвидовыми различиями в генерации и поддержании генетического разнообразия.

"Взаимодействия видов и коэволюция неотъемлемы для экологических сообществ", — объясняет профессор Лутц Бекс, ведущий автор исследования. — "Эксперименты показывают, что коэволюция значительно влияет на молекулярную эволюцию, адаптацию хозяина, диверсификацию и видообразование".

Ключевое открытие: после эволюции устойчивости у хозяина генетическое разнообразие не исчезает надолго, как предполагалось ранее, а быстро восстанавливается. Это связано с взаимодействием изменений в отборе (вирус перестает оказывать давление) и роста популяции. Каждая новая мутация после возникновения устойчивости, даже нейтральная, увеличивает частоту, потому что популяция хозяина одновременно быстро растет, что генерирует устойчивое разнообразие. "Мы были удивлены скоростью этих процессов", — отмечает Лутц Бекс.

Методология: исследователи использовали подход экспериментальной эволюции, отслеживая изменения в популяциях микроорганизмов в течение примерно 100 поколений хозяина (100 дней). Это позволило получить информацию об изменениях в геноме, фенотипе и размере популяции как хозяина, так и вируса во времени.

Модельная система: зеленая водоросль Chlorella variabilis (хозяин) и гигантский вирус Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1). Оба размножаются исключительно бесполым путем.

Важное различие между видами: у хозяина наблюдался неожиданно быстрый рост генетического разнообразия после эволюции устойчивости. Однако у вируса ученые наблюдали ожидаемую картину низкого разнообразия после раунда эволюции заразности. Исследователи связывают это с различиями в архитектуре геномов:

• Геном хозяина относительно велик (46 Мегапар оснований, Mbp) и, вероятно, более гибкий.
• Геном вируса намного меньше (около 330 Килопар оснований, kbp), и любая мутация в нем может иметь негативные последствия, не позволяя ей распространиться.

Это указывает на то, что различия в структуре генома приводят к принципиально разной динамике молекулярной эволюции у коэволюционирующих видов.

Вывод: признание разнообразных способов взаимного влияния экологических и эволюционных изменений необходимо для расшифровки геномной сигнатуры эволюции во время взаимодействий видов и понимания режима, скорости и предсказуемости эволюции в природных сообществах.