Тайны эволюции генома костистых рыб

Ошибки в репликации ДНК, такие как удвоение всего генома (whole genome duplication), могут стать мощным двигателем эволюции. Организмы с дополнительными наборами генов могут накапливать и тестировать мутации быстрее и с меньшим давлением отбора. Одна копия гена может поддерживать нормальную функцию клетки, пока другая мутирует, приобретает новую функцию или обе копии специализируются.

Фокус на рыбах

Новое исследование в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), проведенное учеными из Окинавского института науки и технологий, Университета Рюкю, Университета Тохоку и Университета Нихон, предлагает двухфазную математическую модель, описывающую потерю генов после удвоения всего генома в разных временных масштабах.

Работа сосредоточена на костистых рыбах (teleost fishes), которые пережили специфичное для них удвоение всего генома примерно 300 миллионов лет назад. "Для сравнения, последнее удвоение всего генома в линии человека произошло около полумиллиарда лет назад, и его крайне сложно отследить", — поясняет профессор Роберт Синклер.

Редактирование генома "оптом"

Сравнение геномов данио-рерио и японской медаки — двух отдаленно родственных видов с 250 миллионами лет независимой эволюции — показывает, что они очень похожи. "Это говорит о том, что базовая структура генома костистых рыб была установлена до их основного видообразования", — говорит доктор Дзюн Иноуэ.

Результаты исследования показывают, что примерно 80% дублированных генов были потеряны в первые 60 миллионов лет после события удвоения. "Мы нашли доказательства того, что гены быстро и массово удаляются после удвоения всего генома, что приводит к быстрой перестройке генома", — говорит профессор Синклер. На первой фазе могли удаляться целые кластеры соседних генов или крупные хромосомные сегменты.

Вторая фаза характеризуется более медленной потерей генов. Ученые предполагают, что некоторые парные гены сохраняются, если каждая копия становится незаменимой. Другие дубликаты продолжают теряться, но в основном поодиночке. Этот процесс продолжается до сих пор.

Методы анализа генома, разработанные в этом исследовании, открывают путь к лучшему пониманию эволюции, в том числе и нашей собственной.