Геномные дупликации как стратегия эволюционной адаптации
Биологи Гейдельбергского университета под руководством профессора Маркуса Коха обнаружили, что дупликации генома играют ключевую роль в развитии форм и структур растений и их изменениях в ходе долгосрочной эволюции. Исследование было проведено на семействе Brassicaceae.
Ход исследования
Учёные проанализировали все 4000 видов этого семейства, чтобы определить масштаб морфологических вариаций за более чем 30 миллионов лет. Они:
- Зафиксировали характерные признаки видов в контрольном списке.
- Построили родословное древо на уровне рода на основе данных секвенирования ДНК нового поколения (next generation sequencing).
- Изучили связь между эволюцией сложных признаков, дупликациями генома и изменениями темпов видообразования.
Ключевые результаты
- Отсутствие «ключевого новшества»: Морфологические признаки постоянно меняются и, кажется, произвольно комбинируются. Старые эволюционные линии используют морфологический потенциал иначе, но не отличаются по своему разнообразию (диспаритету), что позволяет эволюции идти быстро и дивергентно.
- Роль дупликаций генома: Эти паттерны связаны с дупликациями генома (удвоением всего генома в клетке) — процессом, который обеспечивает дополнительную генетическую изменчивость у наземных растений.
- Распространённость полиплоидии: Среди современных Brassicaceae более 40% видов являются полиплоидными (прошли через дупликации генома и имеют множественный набор хромосом).
- Пример Arabidopsis thaliana: Этот вид пережил как минимум три дупликации генома за последние 160 миллионов лет эволюции цветковых растений, но сохранил лишь 10 хромосом, так как геномы со временем стабилизируются и обычно сокращаются.
Исследование, проведённое в рамках приоритетной программы DFG «Эволюционные решения растений для экологических проблем» (SPP 1529), опубликовано в журнале Nature Communications. Данные доступны в базе данных с открытым доступом.