Удвоение генома формирует мир: мгновенное видообразование, биоразнообразие и основа нашего существования

Семенные арбузы, лосось и клубника — все они являются полиплоидами. Это означает, что у них три или более набора хромосом, в отличие от большинства диплоидных эукариот. Полиплоидия, или удвоение генома, — важная эволюционная сила, способствующая адаптациям, мгновенному видообразованию и увеличению биоразнообразия.

Роль Дж. Л. Стеббинса и новая парадигма

Работа ботаника Джорджа Ледьярда Стеббинса в XX веке сыграла ключевую роль в признании полиплоидии как эволюционной силы. Однако он считал её эволюционным тупиком, преимущественным лишь в нестабильных средах.

С появлением методов секвенирования генома в 1980-х годах возникла новая парадигма. Исследования показали, что полиплоидия встречается гораздо чаще, чем предполагал Стеббинс.

Распространённость и значение полиплоидии

• Правило, а не исключение: Большинство видов растений — полиплоиды. Полиплоидия также распространена у рыб и некоторых беспозвоночных. Позвоночные, включая человека, являются древними полиплоидами в результате двух древних событий удвоения.
• Мгновенное видообразование: Удвоение всего генома при гибридизации может мгновенно создать новый вид с удвоенным набором хромосом.
• Древние события: Все секвенированные на сегодня геномы покрытосеменных растений (angiosperms) демонстрируют следы древней полиплоидии. Одно событие удвоения генома предшествовало происхождению всех существующих покрытосеменных. Вероятно, все эукариоты имеют в своей истории древние дупликации генома.
• Недавнее происхождение: Около 35% существующих видов цветковых растений имеют недавнее полиплоидное происхождение.
• Увеличение разнообразия: События полиплоидии часто сопровождаются всплесками видообразования (видового богатства) в кладах.
• Множественное происхождение: Один и тот же полиплоидный вид может возникать многократно (например, вид Tragopogon — до 20 раз), иногда на очень небольшой территории.

Новое понимание генетического разнообразия

В отличие от взглядов Стеббинса о меньшем генетическом разнообразии полиплоидов, новая парадигма показывает, что они могут обладать большим генетическим разнообразием. Этому способствуют высокая вероятность множественного происхождения и возможности хромосомных и генетических мутаций вскоре после образования.

Вывод: Биосфера зависит от растений, а основа биоразнообразия нашей планеты в значительной степени сформирована процессом удвоения генома. Полиплоидный организм в долгосрочной перспективе больше, чем сумма его частей. Удвоение генома открывает новые возможности для экспрессии и регуляции генов.