Смерть от асексуальности: Биологи обнаружили новый путь возникновения мутаций

Новое исследование эволюционных биологов из Университета Индианы впервые показывает, как асексуальные линии вида обречены на вымирание не обязательно из-за медленного накопления новых мутаций, а из-за быстрых процессов конверсии генов, которые просто "разоблачают" уже существующие вредные рецессивные мутации.

Ранее успех полового размножения над бесполым часто объясняли механизмом "храповика Мёллера", при котором геном накапливает необратимые вредные мутации после утраты способности к рекомбинации.

Однако новая работа из лаборатории профессора Майкла Линча указывает, что большинство вредных последовательностей ДНК, способствующих вымиранию, уже присутствуют у половых предков в рецессивной форме. Они просто проявляются в результате быстрых процессов конверсии и делеции генов, которые устраняют "здоровые" гены с одной из родительских хромосом.

Ключевые открытия

• После полногеномного секвенирования 11 половых и 11 бесполых генотипов Daphnia pulex (водяная блоха) команда обнаружила, что все асексуальные генотипы имеют общие комбинации аллелей на двух разных хромосомах, передаваемых бесполыми самцами без рекомбинации.
• Бесполые самцы распространяют в половых популяциях генетические элементы, подавляющие мейоз (деление клеток, необходимое для полового размножения). Особенность системы в том, что хотя самки становятся бесполыми, их сыновья могут не быть таковыми, но при этом способны распространять "ген асексуальности".
• "Этот процесс можно рассматривать как заразную бесполую болезнь", — сказал Линч.

Возраст и происхождение асексуальных линий

• На основе геномного анализа удалось определить возраст всей бесполой радиации D. pulex. Ранее считалось, что бесполые линии дафний могут существовать миллионы лет, а последние оценки давали диапазон от 1000 до 172 000 лет.
• Новые расчёты молекулярной скорости эволюции двух хромосом, связанных с бесполым размножением, показали, что эта линия возникла и распространилась всего 1250 лет назад. Некоторые нынешние бесполые линии существуют всего несколько десятилетий.
• Генетическая причина асексуальности у D. pulex — те самые элементы, подавляющие мейоз, — произошла от сестринского вида Daphnia pulicaria.

Механизм "заразного" вымирания

• "Пруд с бесполыми дафниями может вымереть довольно быстро из-за процессов, обнажающих вредные гены, но небольшие хромосомные области, ответственные за асексуальность, выживают, "перепрыгивая" в новые половые популяции", — объясняет Линч.
• Там они снова превращают местных особей в бесполых, после чего процессы конверсии и делеции генов возобновляются, снова обнажая уже существующие мутации и приводя к новому локальному вымиранию.
• Для половых популяций асексуальность оказывается инфекционной, распространяясь на обширные географические расстояния без рекомбинации.

Это открытие меняет взгляд на выживаемость бесполых видов. Оказывается, главную роль играет не "храповик Мёллера" (накопление новых мутаций), а потеря гетерозиготности и экспозиция уже существующих вредных аллелей.