Супергены делают возможными необычные признаки у растений и животных

Внутри одного вида бабочек может встречаться множество различных узоров на крыльях. Как это возможно? По мнению исследователей Бена Вилстры и Эммы Бердан из Института биологии Лейдена (IBL), ответ кроется в супергенах. Суперген — это часть хромосомы, содержащая множество тесно сцепленных генов. Вместе эти гены формируют основу для сложных признаков у растений и животных.

«Идея супергенов относительно стара. Только сейчас, с современными методами анализа ДНК, мы можем их должным образом картировать. Недавно стало ясно, что супергены встречаются гораздо чаще, чем считалось ранее», — говорит Вилстра. 13 июня Вилстра и постдок Эмма Бердан опубликуют специальный выпуск о супергенах в научном журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences.

Что такое супергены?

«Супергены — это части хромосом, содержащие несколько генов, которые наследуются как единое целое», — объясняет Вилстра. Особенность супергенов — отсутствие рекомбинации. Рекомбинация — это перетасовка генетической информации двух родителей, благодаря которой потомство получает уникальный набор хромосом. «Поскольку внутри супергенов нет рекомбинации, все гены в них эволюционируют вместе как одно целое. Это позволяет возникать разным версиям супергенов внутри вида, что приводит к значительным различиям во внешности и поведении».

Супергены могут возникать разными путями. «В геноме есть области, где рекомбинация естественным образом происходит реже. В то же время рекомбинация может быть остановлена, когда, например, меняется структура генома». Известный пример — инверсия. Часть хромосомы отрывается и разворачивается, так что порядок генов больше не соответствует исходному. Рекомбинация становится невозможной.

Турухтан как пример

Наличие супергенов приводит к большему разнообразию внутри вида. «Мой любимый пример — турухтан. У этих птиц супергены обеспечивают наличие у самцов либо тёмных, либо белых перьев вокруг головы. Есть также самцы, у которых вообще не развивается перьевой «воротник», и они выглядят как самки. Эти три типа самцов турухтана не только отличаются друг от друга внешне, но и ведут себя по-разному в брачный период», — говорит Вилстра.

Даёт ли это эволюционное преимущество?

«Иногда. С одной стороны, разнообразие внутри вида полезно. Оно позволяет видам переключаться между различными стратегиями выживания», — поясняет Вилстра. По его словам, супергены могут облегчать этот процесс. Но не без цены. «Без рекомбинации вредные мутации могут быстро накапливаться». У гребенчатого тритона, которого исследовали Вилстра и Бердан, накопление мутаций в одном супергене привело к тому, что половина яиц саламандры оказалась нежизнеспособной. «Этот суперген можно рассматривать как очень крайний пример наследственного заболевания», — говорит Вилстра.

«Супергены в тренде»

Изучая эволюцию супергенов, исследователи надеются получить больше информации о происхождении наследственных заболеваний, в том числе у людей. «Супергены в тренде. Этой теме посвящается больше исследований, чем когда-либо прежде. Поэтому мы продолжаем находить всё больше примеров, где большие различия в поведении и внешности обусловлены одним супергеном». Специальным выпуском о супергенах Вилстра и Бердан надеются дать хороший обзор текущего состояния исследований в этой области. Вилстра говорит: «Теперь мы знаем, что супергены встречаются часто. Следующий шаг — выяснить, как именно они возникают».