Сравнение скорости молекулярной эволюции у приматов и их паразитов

Новое исследование сравнило относительную скорость молекулярной эволюции между людьми и шимпанзе с таковой у их вшей. Учёные хотели выяснить, идёт ли эволюция одинаковыми темпами у всех существ или тонкие изменения в генах — замены отдельных "букв" генетического кода — происходят быстрее в одних группах, чем в других.

Отчёт об исследовании опубликован в Proceedings of the Royal Society B.

Объекты исследования были выбраны потому, что люди, шимпанзе и их вши имеют общую историческую судьбу: когда предки людей и шимпанзе эволюционно разошлись, то же самое произошло и с их вшами.

"Люди — ближайшие родственники шимпанзе, а шимпанзе — ближайшие родственники людей, и их вши являются ближайшими родственниками друг для друга", — пояснил руководитель исследования Кевин Джонсон. Поскольку паразиты проводят весь жизненный цикл на хозяевах, после разделения хозяев они также перестали контактировать друг с другом.

Этот факт взаимного расхождения, начавшегося в один и тот же момент времени (примерно 5–6 миллионов лет назад), позволил команде определить, происходит ли молекулярная эволюция быстрее у приматов или у их паразитов.

В отличие от предыдущих работ, фокусировавшихся на отдельных митохондриальных генах, новый анализ впервые оценил темп молекулярных изменений по всему геному разных групп. Было сравнено в общей сложности 1534 гена, общих для приматов и их паразитов. Для этого команде пришлось сначала собрать черновую последовательность генома вши шимпанзе (Pan troglodytes schweinfurthii) — единственного из четырёх организмов, для которого полная геномная последовательность была недоступна.

Исследователи также отслеживали, приводят ли изменения в последовательности генов к изменению структуры кодируемых ими белков (рассматривались только белок-кодирующие гены). Для каждого гена определялось, приводят ли изменения последовательности к включению другой аминокислоты в белок в заданном месте.

Результаты: вши лидируют в "гонке" изменений

Было обнаружено, что вши выигрывают гонку молекулярной эволюции в масштабе случайных изменений генной последовательности. Это подтвердило то, на что намекали предыдущие, более ограниченные исследования.

"По каждому отдельному гену, который мы рассматривали, у вшей было больше различий (между видами), чем между людьми и шимпанзе. В среднем у паразитов было почти в 15 раз больше изменений", — сообщил Джонсон.

Качество изменений: "молчащие" и значимые замены

Однако у людей и шимпанзе был обнаружен больший процент изменений последовательности, которые приводили к изменению структуры белка. Это означает, что хотя гены вшей меняются быстрее, большинство этих изменений являются "молчащими" и не влияют на кодируемые белки. Поскольку такие изменения не имеют значения для жизни организма, они терпимы.

Те изменения последовательности, которые действительно меняют структуру белков у вшей, скорее всего, вредны и элиминируются естественным отбором.

У людей и шимпанзе более высокая доля аминокислотных изменений предполагает, что некоторые из этих генов находятся под влиянием "положительного отбора". Это означает, что изменённые белки дают приматам некоторое эволюционное преимущество.

Большинство генов, которые менялись быстрее или медленнее у приматов, следовали той же закономерности у их вшей. "Наиболее вероятное объяснение этому — определённые гены более важны для функции клетки и не могут терпеть изменения в той же степени", — сказал Джонсон.

Исследование помогает ответить на фундаментальные вопросы об изменениях на молекулярном уровне, которые в конечном итоге формируют судьбы всех организмов. Понимание того, как и почему гены различаются, помогает понять, почему различаются виды.