Эгоистичные гены могут как создавать, так и разрушать виды

Новое исследование Университета Небраски-Линкольна и Рочестерского университета показывает, что эгоистичные гены, обычно способствующие разделению видов, в некоторых случаях могут их сближать.

Большинство генов необходимы для выживания и размножения организмов, но некоторые эгоистичные гены действуют против своих аналогов, чтобы повысить собственные шансы на передачу потомству. Это явление, известное как мейотический драйв, также способствует видообразованию, так как межвидовое скрещивание часто приводит к стерильности одного из полов (обычно мужского).

Однако данные по двум видам плодовых мушек — глобально распространённому Drosophila simulans и эндемику острова Маврикий Drosophila mauritiana — указывают, что эгоистичные гены могут иногда обращать этот эффект вспять.

Механизм и последствия мейотического драйва

• При нормальном мейозе два аллеля гена распределяются случайно и попадают примерно в 50% половых клеток.
• Эгоистичные аллели обходят это правило, чтобы попасть более чем в 50% гамет.
• Часто они находятся на X-хромосоме. У самцов (с набором XY) такие аллели могут уничтожать сперматозоиды, несущие Y-хромосому, что опасно искажает соотношение полов в популяции.
• Y-хромосомы могут развивать устойчивость к таким атакам, запуская генетическую «гонку вооружений», которая, как считается, также нарушает производство спермы у гибридов разных видов.

Неожиданное открытие

Исследователи под руководством Колина Мейкледжона из Небраски обнаружили несколько участков X-хромосомы, вызывающих стерильность у гибридов мух, что соответствует традиционной теории. Однако, перенеся определённый участок X-хромосомы с эгоистичным аллелем из одного вида в другой, они ожидали сделать самцов-гибридов бесплодными. Вместо этого самцы остались фертильными.

Анализ геномов показал, что оба вида уже имеют один и тот же эгоистичный аллель на своих X-хромосомах. Это указывает на недавнее (в эволюционном масштабе) событие гибридизации, в результате которого ген «перепрыгнул» между видами.

Двойственная роль

Распространение этого аллеля, уменьшив различия между X-хромосомами видов, могло не препятствовать, а способствовать скрещиванию.

«В этом смысле (аллель) — вместо того чтобы вызывать стерильность, вместо того чтобы способствовать видообразованию — мог это отменить», — сказал Мейкледжон. — «Он мог фактически стереть существовавшие факторы гибридной стерильности».

Роль эгоистичного аллеля, по-видимому, определяется возможностью межвидового скрещивания. В данном случае мигрирующий D. simulans, вероятно, достиг Маврикия и скрестился с D. mauritiana, распространив этот участок X-хромосомы. Без такой гибридизации тот же аллель мог бы укреплять видовой барьер.

Значение для науки и биотехнологий

Понимание таких контекстно-зависимых эффектов эгоистичных генов поможет точнее восстанавливать эволюционную историю видов. Оно также может быть полезно для разработки систем генного драйва, например, для борьбы с переносчиками болезней (малярии, лихорадки денге) путём распространения в популяции «полезных» генов.

«Изучение динамики эгоистичных генов в целом может потенциально помочь в создании эффективных систем генного драйва», — отметил Мейкледжон, указав на параллели с устойчивостью Y-хромосом к мейотическому драйву.