Исследование показало удивительное количество потока генов среди видов бабочек

Международная группа исследователей проанализировала геномы 20 видов бабочек и обнаружила удивительно большое количество генного потока среди них — даже между видами, которые связаны между собой. Выводы, опубликованные в журнале Science, бросили вызов традиционным представлениям о видах и указали на гибридизацию, как ключевой процесс появления биологического разнообразия.

Разные виды бабочек страстоцветных (Heliconius) имеют похожие цветовые узоры, которые служат предупреждением для хищников.
Ученые ранее обнаружили, что одной из причин их сходства является то, что они фактически разделяют части своей ДНК, благодаря гибридизации, которая произошла в какой-то момент их предков. Новые результаты показывают, что этот процесс обмена ДНК гораздо более распространен, чем считалось ранее.
Чтобы понять, как бабочки передают гены другим видам путем гибридизации, процесса, известного как интрогрессия, исследователи проанализировали новые сборки генома 20 видов бабочек Heliconius.

баттерфляй ген

«Обмен ДНК был показан у близкородственных видов, но мы хотели глубже исследовать филогенетическое древо», — сказал старший автор Джеймс Маллет.
Профессор кафедры органической и эволюционной биологии по месту жительства и доцент популяционной генетики в Музее сравнительной зоологии. «То, что мы обнаружили, действительно удивительное: интрогрессия даже среди отдаленно родственных видов». «Виды» — это совсем не то, о чем мы думали, и теперь у нас есть данные, чтобы это показать.
Эволюционное дерево бабочек представляет собой полный болт взаимосвязанности — кажется, что каждый бит генома бабочки имеет другое дерево».

молекула ДНК

Ведущий автор Нейт Эдельман, аспирант группы Маллет, объяснил, что новые сборки генома функционируют как детальные геномные карты.
Они создаются путем секвенирования коротких фрагментов ДНК, а затем их сборки в правильном порядке. Геномные сборки являются важным ресурсом для исследователей, так как они позволяют отображать гены обратно в геном.
«Крутая вещь в создании сборок генома вместо простого« повторного секвенирования » генома состоит в том, что меняются не только основы ДНК — целые структуры геномов могут меняться в течение эволюционного времени», — сказал Эдельман. «И используя сборки, мы можем обнаружить эти изменения».

Когда они начали анализировать сборки, команда обнаружила доказательства того, что некоторые гены способны перемещаться между видами, а другие гораздо более устойчивы к этому процессу. Одним из ключевых факторов, определяющих, может ли ген двигаться, является базовый биологический процесс, называемый «рекомбинацией».

«У людей и большинства животных каждый человек наследует две копии своего генома,
один от ее матери, а другой от ее отца, — объяснил Маллет. — Причина, по которой вы генетически отличаетесь от своего брата, связана с рекомбинацией. Твой отец предоставил тебе заново скремблированную, рекомбинированную копию геномов своих родителей, как и твоя мать с геномами ее родителей. Таким образом, комбинация компонентов у каждого родителя отличается у каждого человека».

Считается, что рекомбинация выгодна, если целью является создание разнообразных генотипов для будущих поколений. Система рекомбинации, описанная в этом исследовании, предполагает, что она также происходит во время потока генов между видами. По мнению авторов,
это может обеспечить возможный путь для адаптивных генов, которые иногда передаются между видами, а также внутри видов.

«Может показаться, что полезные гены с большей вероятностью будут передаваться между видами», — сказал соавтор Майкл Мияги из Гарвардского университета. «Это правда,
но есть и более приземленные структурные проблемы с геномом, которые означают, что в некоторых регионах с большей вероятностью гены будут перемещаться взад и вперед ».

Согласно Эдельману, поток этих генов взад и вперед часто зависит от того, сколько рекомбинируют эти разные области.

«В регионах с низкой рекомбинацией мы склонны видеть большую устойчивость к потоку генов, чем в областях с высокой рекомбинацией », — сказал он. «Команда смогла идентифицировать ключевой ген, который действует, чтобы переключать цветовые узоры как тот, который перемещался между видами».

«Бабочки Heliconius славятся своими цветными узорами. Мы обнаружили, что в одном конкретном регионе генома имеется около 500 000 пар оснований, которые были инвертированы относительно наследственной последовательности», — сказал Мияги.
«И попахивает в середине этой инверсии тот ген, который, как мы знаем, управляет цветным рисунком. Когда у вас есть такая инверсия, это означает, что вы держите все вещи в ней вместе, чтобы они не могли рекомбинировать».

Новые сборки генома также привели к открытию новой, более крупной инверсии другой хромосомы. Используя новый метод анализа, разработанный Мияги, исследователи показали, что одна из этих инвертированных последовательностей была перенесена между видами.

«Если мы посмотрим на какой-то конкретный кусок ДНК, то у каждого своя история», — объяснил Мияги. «Таким образом, метод, который мы разработали, смотрит на эти кусочки ДНК и может сказать нам, какие из них с большей или меньшей вероятностью будут подвергнуты сомнению».

В исследовании делается вывод о том, что гибридизация является одним из способов получения геномами видов и может быть ключевым процессом в создании разнообразия жизни, которое мы наблюдаем сегодня.

«В природе, маловероятно, что какой-либо человек будет спариваться с представителем другого вида », — сказал Маллет. « Но со временем это случится. Вероятно, это происходит только в «самых молодых» группах видов — видах, которые быстро развиваются. Большая часть разнообразия жизни, вероятно, создается в этих быстрых излучениях.
Они участвуют в таких событиях, как происхождение млекопитающих. Во время этих излучений гибридизация и интрогрессия, которые мы здесь описываем, могут стать важным средством перетасовки вариаций и рекомбинации адаптаций из разных линий».

Исследование имеет свои корни в Консорциуме геликониевого генома, который был задан в 2009 году для решения вопросов об эволюции и адаптации путем секвенирования генома одного вида бабочек Heliconius. Новое исследование сделало доступными 20 новых сборок генома. Данные исследования были свободно доступны в публичных архивах.
«Открытые данные и обмен данными между лабораториями очень важны для понимания эволюции и того, как происходят всплески разнообразия», — сказал Маллет. «В этом международном консорциуме мы привнесли свои сильные стороны и помогли друг другу в улучшении науки в целом, и в результате наши сотрудники стали ресурсом, как и любой другой, может хорошо использовать в будущем».

 

Геннадий Mихайлюта

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *