Температура влияет на эволюцию митохондриальной ДНК
Исследование учёных из Окинавского института науки и технологий (OIST) предоставляет доказательства естественного отбора в митохондриальной ДНК (мтДНК) в зависимости от температуры.
В отличие от ядерной ДНК, мтДНК обычно наследуется только от матери. Долгое время считалось, что её вариации не влияют на функции клетки и не подвергаются естественному отбору, что делало её идеальным инструментом для изучения эволюционной истории.
Однако новое исследование OIST в сотрудничестве с Monash University и University College London показывает, что мтДНК может подвергаться отбору сильнее, чем предполагалось. Эксперименты с плодовыми мушками (Drosophila melanogaster) продемонстрировали, как температура окружающей среды влияет на отбор одного варианта мтДНК над другим.
Ход исследования
Учёные изучили два естественных варианта мтДНК у мушек с восточного побережья Австралии:
- Один вариант чаще встречается в тёплых субтропиках на севере.
- Другой — в более холодных умеренных широтах на юге.
Исследователи создали популяции со смешанными генами и разделили их на четыре субпопуляции, которые содержались при разных температурных режимах:
- 19°C (постоянная)
- 25°C (постоянная)
- Колеблющаяся температура, имитирующая условия севера Австралии.
- Колеблющаяся температура, имитирующая условия юга Австралии.
Через три месяца была проведена секвенирование мтДНК. Также изучалось влияние бактерий Wolbachia (обычно заражающих мушек) на отбор мтДНК, для чего часть популяций обрабатывали антибиотиками.
Результаты
- В условиях лабораторного тепла один вариант мтДНК становился более распространённым — тот же, что преобладает у мушек из тёплого севера Австралии.
- Обратная картина наблюдалась в холодных лабораторных условиях.
- Этот эффект отмечался только в популяциях, где инфекция Wolbachia была уничтожена.
- Паттерны вариаций у самцов и самок не всегда совпадали.
Выводы
Результаты показывают, что температура определяет вариативность мтДНК в природе. Дополнительные факторы, такие как пол и микробные инфекции, также могут влиять на эволюцию митохондриального генома.
«Необходимы дальнейшие исследования, чтобы идентифицировать части митохондриальных геномов, чувствительные к температуре окружающей среды, и понять механизмы этого», — отмечает ведущий автор работы д-р Зденек Лайбнер. Он также подчёркивает, что исследователям, использующим мтДНК как генетический инструмент, следует учитывать её эволюцию в ответ на термическую среду.