Геномы бурых водорослей раскрывают древнее происхождение и эволюционную судьбу половых хромосом

Исследование геномов девяти видов бурых водорослей пролило свет на древнее происхождение, удивительную стабильность и неожиданные трансформации U/V половых хромосом. Это показывает, как система определения пола может эволюционировать, меняться и даже заменяться у этих водных организмов.

В отличие от млекопитающих с системой XX/XY, бурые водоросли определяют пол при образовании спор на основе U (женской) или V (мужской) половых хромосом. Новое исследование, опубликованное в Nature Ecology & Evolution, показывает, что эти специализированные половые хромосомы возникли от 450 до 224 миллионов лет назад.

Ключевое открытие — идентификация ключевого мужского определяющего гена MIN, а также шести других основных генов, сцепленных с полом. Они оставались практически неизменными на протяжении этих огромных эволюционных временных масштабов.

Исследование также показывает, что размер и генный состав области, определяющей пол, уникально диверсифицировались у разных линий бурых водорослей, часто расширяясь за счёт хромосомных перестроек и приобретая новые, специфичные для линии гены. Эти структурные изменения могут быть связаны с увеличением морфологической и репродуктивной сложности у разных видов.

Динамическая природа систем определения пола

Исследование подчёркивает, что «сиротские» или таксономически ограниченные гены (уникальные для определённых линий) с неожиданной частотой эволюционируют в U и V хромосомах, что указывает на их динамичную природу.

«U/V половые хромосомы обладают уникальными геномными характеристиками, которые делают их склонными к эволюции сиротских генов. Эта эволюционная картина может дать важные подсказки о том, как возникли уникальные гены бурых водорослей», — сказал Хосуэ Баррера-Редондо, первый автор статьи.

Международная команда обнаружила два удивительных случая, когда древняя система U/V хромосом радикально изменилась или даже исчезла, превратившись в аутосомы.

У двух гермафродитных видов бывшие мужские особи приобрели ключевые женские гены, что позволило им развивать репродуктивные структуры обоих полов. Морская водоросль рода Fucus потеряла систему U/V, когда её линия стала полностью диплоидной. Исследователи обнаружили, что новые гены, определяющие пол, вытеснили древний ген V-хромосомы MIN, что ознаменовало крупный сдвиг в генетическом контроле пола.

«Наше исследование показывает, что половые хромосомы бурых водорослей поддерживают хрупкий баланс между стабильностью и удивительной гибкостью. Это демонстрирует, насколько динамичным и разнообразным может быть определение пола на древе жизни», — объясняет ведущий исследователь доктор Сузана Коэльо.

Эти результаты показывают, как системы определения пола могут рушиться и заменяться, демонстрируя, что даже такие фундаментальные понятия, как «мужской» и «женский», не закреплены навсегда. Это подчёркивает динамичный эволюционный ландшафт, где системы определения пола могут эволюционировать неожиданным образом — как они возникают, переизобретаются, чтобы сохраниться, а иногда превращаются в аутосомы.