Связь геномных характеристик с жизненным циклом у птиц Neoaves

Мутации — это сырой материал эволюции. Хотя единичное изменение в паре оснований ДНК может привести к потере функции белка, менее значимые мутации могут служить «дорожной картой» для выявления закономерностей в эволюции геномных характеристик, таких как нуклеотидные замены.

В недавнем исследовании, опубликованном в Science Advances, профессор Лэй Фумин из Института зоологии Китайской академии наук вместе с коллегами из Филдовского музея в Чикаго и Чжэцзянского университета показал, что геномные характеристики коррелируют с чертами жизненного цикла у Neoaves — клады птиц, к которой относится более 95% всех современных видов.

Ещё в 1993 году Мартин и Палумби обнаружили, что у более мелких животных (как эндо-, так и эктотермных) в последовательностях определённых генов накапливается больше изменений, чем у крупных. Это позволило предположить, что такие черты жизненного цикла, как скорость метаболизма и время генерации (тесно связанные с массой тела), могут влиять на скорость возникновения и накопления мутаций.

Благодаря развитию технологий секвенирования геномов и накоплению долгосрочных данных о жизненном цикле птиц, учёные смогли подойти к этому вопросу с новой геномной точки зрения. Вместо изучения замен пар оснований в ДНК, исследователи проанализировали набор геномных характеристик, которые могут отражать мутации, возникающие в результате разных процессов.

В этой работе, используя более 200 полногеномных последовательностей, полученных проектом Bird 10,000 Genomes Project за последнее десятилетие, учёные исследовали длину ортологичных микросателлитов, транспозонных элементов и делеций ДНК. Они изучили, как эти геномные черты коррелируют со временем генерации и массой тела. Поскольку транспозоны и делеции ДНК также влияют на расширение и сокращение размера генома, исследователи изучили связь этих двух характеристик с вариациями размера генома.

С помощью статистических моделей учёные обнаружили связь между временем генерации и длиной ортологичных микросателлитов и транспозонных элементов у птиц Neoaves (за исключением воробьинообразных). Также была выявлена связь между массой тела и длиной делеций ДНК у этих же птиц.

У воробьинообразных эта закономерность менее выражена, однако и у них подтверждается связь между временем генерации и длиной делеций ДНК.

По словам профессора Лэя, вклад делеций ДНК в эволюцию размера генома сопоставим с вкладом транспозонных элементов.

Это исследование подчёркивает связь между чертами жизненного цикла и геномными характеристиками. В частности, оно показывает, что более мелкие птицы накапливают больше делеций ДНК и имеют меньшие размеры генома.