Кораллы могут передавать потомству мутации, приобретённые в течение жизни

В открытии, которое бросает вызов более чем вековой общепринятой эволюционной мудрости, было показано, что кораллы передают соматические мутации — изменения в последовательности ДНК, происходящие в нерепродуктивных клетках — своему потомству. Это открытие международной команды учёных под руководством биологов из Пенсильванского университета демонстрирует потенциально новый путь генерации генетического разнообразия — сырья для эволюционной адаптации, что может быть жизненно важно для адаптации исчезающих кораллов к быстро меняющимся условиям окружающей среды.

"Для того чтобы такой признак, как скорость роста, мог эволюционировать, генетическая основа этого признака должна передаваться из поколения в поколение", — сказала Илиана Баумс, профессор биологии и руководитель исследовательской группы.

У большинства животных новая генетическая мутация может внести вклад в эволюционные изменения, только если она происходит в зародышевой (герминальной) или репродуктивной клетке. Мутации, возникающие в остальных клетках тела (соматических), считались эволюционно незначимыми, поскольку не передаются потомству. Однако кораллы, по-видимому, имеют способ обойти это ограничение.

"У большинства животных репродуктивные клетки отделяются от клеток тела на ранних стадиях развития, — сказала Кейт Васкес Кунц, аспирант и соавтор исследования. — Однако у некоторых организмов, таких как кораллы, это разделение может происходить позже или вообще не происходить, что открывает путь для передачи генетических мутаций от тела родителя к потомству".

Кораллы могут размножаться как бесполым путём (почкованием и фрагментацией колонии), так и половым, производя яйцеклетки и сперматозоиды. Изучаемые элкхорн-кораллы (Acropora palmata) выпускают половые клетки в воду во время нереста. Однако исследовательская группа обнаружила, что некоторые яйцеклетки элкхорн-кораллов развивались в жизнеспособное потомство без участия второго коралла — своего рода однополое размножение.

"Это однополое размножение позволило нам легче искать потенциальные соматические мутации у родительского коралла и отслеживать их у потомства", — сказала Шейла Китчен, соавтор исследования.

Команда генотипировала образцы из десяти разных точек большой колонии элкхорн-коралла, давшей однополое потомство, а также образцы пяти соседних колоний, используя микрочипы для анализа почти 20 000 генетических локусов.

Результаты показали, что все шесть отдельных коралловых колоний принадлежали к одному исходному генотипу (генету), то есть были клонами, произошедшими от одной исходной колонии путём бесполого размножения. Таким образом, любое генетическое разнообразие в этих кораллах было результатом соматических мутаций. Команда обнаружила в общей сложности 268 соматических мутаций в образцах.

Затем команда изучила однополое потомство родительской колонии и обнаружила, что 50% соматических мутаций были унаследованы. Точный механизм, как соматические мутации попадают в зародышевые клетки кораллов, всё ещё неизвестен, но исследователи предполагают, что разделение между соматическими и зародышевыми клетками у кораллов может быть неполным.

"Поскольку кораллы растут как колонии генетически идентичных полипов, соматические мутации, возникающие в одном полипе, могут подвергаться воздействию среды и "проверяться" на полезность, не обязательно влияя на всю колонию, — сказала Баумс. — Если эти мутации затем могут быть переданы потомству — как мы теперь продемонстрировали — это означает, что у кораллов есть дополнительный инструмент, который может ускорить их адаптацию к изменению климата".

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.