Мутационная "горячая точка" ведет к адаптации у высокогорных птиц
Новое исследование под руководством Университета Небраски-Линкольна и Университета Нью-Мексико определило изменения в единственном, склонном к мутациям участке гена, которые в конечном итоге позволяют крапивникам легко дышать в разреженном воздухе Анд.
Опубликованные 12 октября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, результаты также предполагают, что скорость мутации участка гена может влиять на то, способствует ли он адаптивным эволюционным изменениям.
Авторы пришли к выводу, что когда множество мутаций могут произвести одно и то же благоприятное изменение признака, естественный отбор часто использует те, которые возникают с особенно высокой частотой — эволюционный эквивалент принципа "первым пришел — первым обслужен".
Исследование команды на примере андских крапивников изучило эволюционные изменения функциональных свойств гемоглобина — белка, транспортирующего кислород из легких в ткани организма. Концентрация кислорода падает с увеличением высоты, что делает способность белка захватывать молекулы кислорода особенно критичной для птиц и других животных, живущих на больших высотах.
"Мы знаем из предыдущих исследований, что существует множество возможных мутаций, которые могут привести к увеличению сродства гемоглобина к кислороду", — сказал соавтор из UNL Джей Шторц. — "Однако конкретные мутации, которые фактически способствуют эволюционным изменениям функции белка, могут представлять собой смещенное, неслучайное подмножество всех возможных мутаций, способных произвести это изменение. Наши результаты предполагают, что вариация в скорости мутации может быть важным источником такого смещения".
К такому выводу Шторц и его коллеги пришли после анализа образцов крови 140 экземпляров домовых крапивников, собранных орнитологом Кристофером Виттом и исследователями из UNM во время экспедиции в Анды.
Исследователи из UNL выделили белки гемоглобина из образцов крови, сравнив те, что имели указанную мутацию, с теми, у которых её не было. Команда также создала синтетический гемоглобин, содержащий только интересующую мутацию. Шторц и его коллеги обнаружили, что синтетические белки с этой мутацией захватывали кислород примерно в 1,5 раза лучше, чем без неё.
Исследователи также измерили частоту этой повышающей сродство мутации у высокогорных и равнинных крапивников, обнаружив, что мутация преобладает только в высокогорной популяции.
Чтобы проверить, вызвана ли разница в частоте мутации на разной высоте действием естественного отбора, команда изучила паттерны вариаций на участках ДНК, разбросанных по всему геному вида.
"Геномный анализ показал, что уровень высотной дифференциации в этой единственной мутационной 'горячей точке' намного больше, чем то, что мы видим в геноме в целом", — сказал Шторц. — "Эта картина предполагает, что дифференциация в конкретном сайте была вызвана естественным отбором, который благоприятствовал разным вариантам белка в разных высотных зонах".