Учёные охарактеризовали четыре эпизода крупномасштабной дупликации генов в эволюционном прошлом мхов
Дупликация генов обеспечивает генетический сырой материал и считается важной движущей силой диверсификации и эволюции. Эволюция наземных растений характеризуется повторяющимися событиями предковой палеополиплоидии, то есть предковой дупликации всего генома.
Дублированные гены у модельных растений Arabidopsis и риса можно проследить до пяти раундов полиплоидии. Мохообразные (включая мхи), которые отделились от других наземных растений почти 500 миллионов лет назад, представляют ключевую группу, занимающую важное филогенетическое положение в эволюции наземных растений (эмбриофитов).
Чтобы установить точную филогению мхов и филогенетическое положение событий предковой геномной дупликации, исследователи из Синьцзянского института экологии и географии (XIEG) Китайской академии наук, Гонконгского баптистского университета, Китайского университета Гонконга и Университета Миссури выявили и охарактеризовали четыре эпизода крупномасштабной дупликации генов в эволюции мхов.
Исследование опубликовано в Journal of Systematics and Evolution.
Методология: Учёные использовали филотранскриптомный анализ почти 30 транскриптомов мхов для исследования семейств генов с одной копией и построения надёжной филогении видов. Затем они объединили этот анализ с крупномасштабным филогеномным анализом, исследующим сигналы дупликации в более чем 5000 генных деревьев, чтобы определить филогенетическое положение событий предковой геномной дупликации.
Результаты: Филогеномный анализ выявил две ветви с большим количеством дупликаций генов: одна в предковой линии всех мхов, а другая — до разделения классов Bryopsida, Polytrichopsida и Tetraphidopsida.
Подтверждение событий WGD: Анализ филогенетического распределения дублированных паралогов, сохранившихся в синтенных областях генома Physcomitrella patens, подтвердил, что события дупликации всего генома WGD1 и WGD2 соответствуют ранее описанным событиям ψ и дупликации в подсемействе Funarioideae соответственно. Событие ψ-полиплоидии тесно связано с ранней диверсификацией Bryopsida, в предке подклассов Bryidae, Dicranidae, Timmiidae и Funariidae.
Итог: В эволюции P. patens было выявлено четыре ветви с большим количеством дупликаций генов. Исследователи проанализировали и обсудили паттерны удержания генов после четырёх крупномасштабных дупликаций в разных линиях мхов.
Повторяющееся значительное удержание генов, связанных со стрессом, могло способствовать адаптации мхов к различным экологическим условиям и эволюционному успеху этой рано отделившейся линии наземных растений.