Геномы термитов раскрывают секрет их эволюционного успеха

Международная команда ученых под руководством исследователей из Биологического центра Чешской академии наук создала наиболее полный на сегодняшний день набор данных по геномам термитов. Ученые секвенировали 45 геномов термитов и два генома тараканов, увеличив общее количество высококачественных геномов термитов примерно в шесть раз.

Результаты значительно расширяют наше понимание эволюции, биологии и экологического успеха одной из важнейших групп насекомых на планете. Отчет опубликован в Nature Communications.

Биология и экологическая роль термитов

Термиты — одни из самых многочисленных животных на Земле. Их общая биомасса сравнима с биомассой человека, и они составляют до 25% всех наземных членистоногих. Они живут в сложных колониях от нескольких сотен до нескольких миллионов особей, разделенных на касты рабочих, солдат и репродуктивных особей (королей и королев).

Термиты специализируются на разложении древесины и органического материала почвы, играя ключевую роль в формировании структуры и функции экосистем. В отличие от пчел или муравьев, термиты являются родственниками тараканов и задокументированы в палеонтологической летописи на протяжении 130 миллионов лет. Большая часть их современного разнообразия относится к семейству Termitidae, которое возникло около 50 миллионов лет назад и претерпело массовую диверсификацию за последние 30 миллионов лет.

Прогресс в исследовании геномов термитов

Несмотря на их критическую экологическую роль и высокоразвитую социальную организацию, геномные ресурсы для термитов ранее были очень ограничены. До недавнего времени в открытом доступе было только девять низкокачественных геномов термитов, что сдерживало исследования их эволюции, защитных механизмов, пищевых адаптаций и социального поведения.

Новое исследование под руководством Томаса Бургиньона преодолевает эти ограничения: ученые реконструировали 45 геномов термитов и два генома тараканов практически на уровне хромосом. Этот набор данных значительно превосходит предыдущие работы по количеству, качеству и филогенетическому представительству.

Исследование не только предоставляет уникальный общедоступный ресурс для дальнейших исследований, но и выявляет несколько примечательных тенденций в архитектуре генома термитов. Одно из самых удивительных открытий касается древесного таракана рода Cryptocercus, который представляет сестринскую линию всем термитам. Во многих аспектах структуры генома Cryptocercus больше похож на термитов, чем на других тараканов. Это говорит о том, что ключевые геномные изменения, общие для большинства современных линий термитов, эволюционировали раньше, чем считалось ранее — у общего предка термитов и тараканов.

Анализы также проливают новый свет на эволюционный успех Termitidae, к которым относится примерно 75% описанных видов термитов. У представителей этой группы геномы больше, генов больше, а доля транспозонов выше, чем у других термитов. Увеличение числа генов произошло на ранних этапах эволюции этого семейства и включало гены, участвующие в переваривании древесины и органического вещества почвы (так называемые CAZymes) — ключевую адаптацию, позволяющую эффективно использовать пищу. Эта геномная инновация, вероятно, лежит в основе их экологического доминирования и была одним из основных факторов, способствовавших экологическому успеху этой группы.

Вновь созданный геномный набор данных открывает двери для широкого спектра будущих открытий. Несколько дополнительных научных статей, вытекающих из этого масштабного международного проекта, были опубликованы одновременно, включая недавнее исследование в Current Biology. Вместе эти работы закладывают прочную основу для дальнейшего изучения генетических механизмов, лежащих в основе социального поведения, симбиоза, специализированного питания и устойчивости термитов, и позволят ученым во всем мире раскрыть больше скрытых секретов этих удивительных насекомых.