Каннибализм и дупликация генома у нематод

Исследователи из Института биологии Макса Планка представили интригующие доказательства того, как факторы окружающей среды и генетическая адаптация могут приводить к эволюции новых и агрессивных признаков и поведения у нематод.

Открытие дупликации всего генома (whole genome duplication, WGD) и новой каннибальской морфы у Allodiplogaster sudhausi поднимает вопросы о влиянии таких генетических изменений на социальную динамику, внутривидовые взаимодействия и конкуренцию за ресурсы. Результаты опубликованы в Science Advances.

Нематоды — это микроскопические круглые черви в почве, обычно питающиеся бактериями. Команда профессора Ральфа Зоммера исследовала A. sudhausi. Новое исследование выявило неожиданный поворот: эти существа могут развивать гигантский рот, демонстрировать каннибальское поведение и вырастать вдвое больше большинства почвенных нематод (до 2 мм).

Стрессовые условия с низким питанием индуцируют каннибализм

Ранее у A. sudhausi были известны два морфотипа, различающихся формой рта. Однако ведущий автор Сара Вигард обнаружила удивительную третью морфу.

При кормлении различными грибами, включая Penicillium camemberti, или в стрессовых условиях голода и скученности червь развивал гигантский рот — так называемую терастостоматозную (Te) морфу. Эта новая морфа демонстрировала ранее не наблюдавшееся каннибальское поведение, поедая своих генетически идентичных сородичей (черви — гермафродиты).

Как поясняет Зоммер, причиной может быть недостаток питательных веществ в грибах и давление ресурсов из-за скученности, что делает червей более агрессивными в ответ на стресс. В природных условиях такое поведение повышало бы шансы вида на выживание.

Предыдущие находки Вигард показали, что этот вид претерпел WGD. В отличие от своих родственников длиной 1 мм, A. sudhausi вырос до 2 мм из-за WGD, став видимым невооруженным глазом.

Поиск механизма формирования новой морфы

Поскольку новая морфа рта не перекрывается с двумя известными, исследователи начали искать регулирующий её механизм. С помощью CRISPR они обнаружили, что за появление третьей морфы отвечают консервативные гены-переключатели развития, что указывает на кооптацию существующих генетических механизмов. Исследования дозы генов затем выявили их различные роли в определении разных форм рта.

Эта корреляция предполагает, что масштабные геномные изменения, такие как WGD, могут двигать морфологические новшества и фенотипическое разнообразие нематод.

В целом, исследование проливает свет на сложное взаимодействие факторов среды (рациона и скученности) и генетических изменений в формировании морфологического разнообразия. Обнаружение новой каннибальской морфы и события WGD подтверждает важность пластичности развития для эволюционного пути вида.

Это открытие предполагает, что нематоды могут быстро адаптироваться к суровым условиям, развивая новые признаки, такие как каннибализм. Эта способность меняться под давлением среды может быть ключевой для их долгосрочного выживания.