Удвоение генома улитки позволяет наблюдать эволюцию в переходном состоянии
Крошечная пресноводная улитка из Новой Зеландии позволила ученым заглянуть в процесс эволюции в действии. Биологи из Университета Айовы проследили эволюционную историю улитки через ее геном и обнаружили, что вид недавно дублировал весь свой генетический материал. Это открытие может помочь понять, как происходят крупные эволюционные сдвиги у животных.
Исследование опубликовано в журнале Genome Biology and Evolution.
Команда из Айовы выбрала для изучения этот вид улиток, потому что особи могут размножаться как половым, так и бесполым путем (то есть самки могут производить потомство без самцов). Собирая геном улитки, биологи обнаружили дублированные гены и удвоенные участки ДНК — свидетельство того, что организм когда-то имел более двух полных наборов хромосом, состояние, известное как полиплоидия.
Большинство животных, включая человека, являются диплоидами, то есть имеют только две копии своего генома — полного набора инструкций для создания каждой клетки, ткани и органа в организме.
Бесполое размножение часто связано с полиплоидией, поскольку самкам может быть проще управлять дополнительными хромосомами, клонируя потомство. Биологи давно задавались вопросом, помогают ли эти дополнительные хромосомы виду со временем или мешают.
Раскрытие эволюционного перехода
Для исследования биологи из Айовы собрали геном улитки, реконструировав около 20 000 генов от 30 особей одной линии. Это похоже на сборку главного пазла, несмотря на сложность сортировки множества фрагментов из нескольких почти идентичных наборов. Их реконструкция показала, что улитка скопировала весь свой генетический материал — процесс, известный как дупликация всего генома, — в период от 1 до 2 миллионов лет назад.
«Наличие более двух копий генома — это нарушение правила, но похоже, что когда это правило нарушается, со временем оно исправляется, — говорит Кайл МакЭлрой, соавтор исследования. — И мы не знаем, почему диплоидность является правилом».
Они также обнаружили, что улитка все еще находится на довольно ранней стадии эволюционного возврата к диплоидному состоянию — стандарту с двумя копиями генома, обычному для половых животных, включая человека.
Что это значит для эволюции
«То, на что мы смотрим сегодня, — это мозаика, — говорит Джозеф Джалински. — У одних генов две копии, у других — три, у третьих — четыре. Таким образом, самое простое объяснение того, почему у так много генов имеют более двух копий, — это событие дупликации всего генома».
«Именно это открытие, пожалуй, самое захватывающее, — добавляет Морин Нейман, старший автор исследования. — Мы почти никогда не видим организмы, и особенно животных, в этом переходном состоянии».
Открытие поднимает новые вопросы о том, как и почему происходит дупликация всего генома и какую роль она играет в появлении новых признаков. Нейман отмечает, что такие события могут отмечать эволюционные поворотные моменты, создавая сырой генетический материал для «эволюционных инноваций».
«Это может включать продвинутое познание у животных или развитие семян у цветов — в общем, почти любой интересный признак мог быть обеспечен дупликациями всего генома», — говорит Нейман.