Разные пути эволюции микробов в одном озере

Исследователи секвенировали, собрали и проанализировали бактериальные геномы из девятилетнего исследования, отслеживающего эволюцию микробных сообществ в пресноводном озере в Висконсине.

Основной вопрос о том, как эволюционируют микробы, остаётся открытым. Изучение природных популяций во времени показывает, что единой модели не существует: разные микробы в одной и той же среде эволюционируют по-разному.

Команда учёных из Университета Висконсина и Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) секвенировала ДНК, собранную в озере Траут-Бог (Висконсин) в период с 2005 по 2013 год. Это позволило реконструировать геномы десятков пресноводных микробов и проследить, как их генетический состав менялся со временем.

Ключевые результаты:

• В разных микробных популяциях, сосуществующих в одной среде, действуют разные эволюционные процессы.
• В одной бактериальной популяции впервые в природных условиях обнаружен полногеномный селективный дрейф (genome-wide selective sweep), предсказанный моделью экотипов. При этом один штамм с полезным признаком вытесняет всех остальных, снижая генетическое разнообразие популяции.
• В других популяциях наблюдались ген-специфичные дрейфы (gene-specific sweeps). При этом только небольшой фрагмент ДНК с полезным признаком распространяется в популяции за счёт генетической рекомбинации, что сохраняет её разнообразие и предотвращает доминирование одного штамма.

Вывод: Разные популяции в одной среде, вероятно, имеют резко отличающиеся скорости генетического обмена, что позволяет им эволюционировать согласно разным, не исключающим друг друга теоретическим моделям.

Исследование, одобренное в рамках программы DOE JGI Community Science Program в 2011 году, было опубликовано онлайн 8 января 2016 года в журнале The ISME Journal и вызвало отклик в виде двух комментариев от лидеров в области микробной эволюции и популяционной геномики.