Особенности герминально-ограниченной хромосомы певчих птиц
У певчих птиц существует уникальная герминально-ограниченная хромосома (GRC), которая удаляется из соматических клеток на ранних стадиях эмбрионального развития и сохраняется только в половых клетках (гаметах). Исследование команды Радки Рейфовой из Карлова университета, опубликованное в Nature Communications, впервые почти полностью секвенировало эту хромосому у двух близкородственных видов соловьёв.
Парадоксальная хромосома
GRC — противоречивая структура:
- Она демонстрирует нестабильное наследование при митозе и мейозе, а её количество копий в половых клетках может варьироваться.
- Размер GRC сильно отличается у разных видов: от одной из самых крупных хромосом до микрохромосомы. Эти изменения могут происходить за очень короткое эволюционное время.
- Несмотря на нестабильность, GRC сохраняется в течение более 47 миллионов лет эволюции певчих птиц, что указывает на её важную функцию.
Сложность изучения и новые данные
GRC в основном состоит из последовательностей, скопированных с обычных (A) хромосом, что долгое время затрудняло её секвенирование. Используя новую стратегию, учёные собрали почти полную последовательность GRC у обычного соловья (Luscinia megarhynchos) и соловья-свистуна (L. luscinia).
Ключевые открытия
- Быстрая эволюция: Несмотря на то что виды разделились менее 2 миллионов лет назад и имеют GRC схожего размера, их генетическое содержание на GRC радикально различается. Это контрастирует с высокой коллинеарностью обычных хромосом у птиц.
- "Кладбище генов": Большинство генов на GRC, по-видимому, являются нефункциональными псевдогенами. Ограничение хромосомы только зародышевой линией ослабляет давление отбора, что ведёт к потере функции.
- Субстрат для видообразования: Из примерно 30 полных и потенциально функциональных генов, идентифицированных на GRC двух соловьёв, около двух третей присутствовали в полной длине только у одного из видов. Такие различия могут создавать репродуктивную изоляцию и ускорять процесс видообразования, что может объяснять большое разнообразие певчих птиц.
- Кандидат на ключевую функцию: Только один ген — паралог cpeb1 (cytoplasmic polyadenylation element binding protein 1) — был обнаружен на GRC у обоих видов соловьёв и у зебровой амадины. Он не имеет вариаций в числе копий и обладает полной кодирующей областью. Учёные полагают, что он был приобретён GRC на ранних этапах эволюции певчих птиц и может быть причиной незаменимости этой хромосомы. Этот паралог мог специализироваться на функции в ооцитах, в то время как оригинальная копия cpeb1 на A-хромосомах сохранила свои соматические функции.
Вывод
GRC — это турбулентная и быстро эволюционирующая хромосома, которая часто приобретает и теряет гены, становясь для большинства из них "кладбищем". Однако, вероятно, существует небольшой консервативный регион с генами (такими как паралог cpeb1), которые обеспечивают сохранение GRC в эволюции певчих птиц.