Обнаружен обмен генами между видами мышей благодаря анализу больших данных

Учёные из Университета Райса обнаружили как минимум три случая межвидового скрещивания, которые, вероятно, повлияли на эволюционные пути мышей «старого света» — два в недавнем прошлом и один в далёком.

Исследователи полагают, что эти случаи интрогрессивной гибридизации — способа передачи генетического материала и, потенциально, признаков от одного вида к другому через межвидовое спаривание — лишь первые из многих «иголок» в огромном генетическом «стоге сена». Хотя интрогрессивная гибридизация считается обычным явлением у растений, это открытие предполагает, что гибридизация у млекопитающих, возможно, не является эволюционным тупиком, как ранее часто считали биологи.

Биолог Майкл Кон и специалист по информатике Луай Нахле сообщили, что два вида мышей из различных регионов Европы и Африки обменивались генетическим кодом, по-видимому, к своей эволюционной выгоде, как минимум трижды на протяжении столетий.

Кон, изучающий генетические корни мышей, чтобы понять, как развиваются благоприятные эволюционные признаки, и Нахле, исследующий эволюцию путём сравнения геномных данных, представили свои выводы на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Мыши — распространённые объекты для эволюционных исследований млекопитающих из-за быстрого размножения, что позволяет биологу наблюдать множество поколений в течение карьеры. Возможность отслеживать такие взаимодействия имеет значение для генетики и здоровья человека.

Ранее Кон детально описал мутацию у обычных европейских домовых мышей (Mus musculus domesticus), которая обеспечила им устойчивость к варфарину — родентициду, также используемому как антикоагулянт у людей. Данные указывали, что мутация появилась у мышей примерно через 10 лет после введения варфарина и, по-видимому, была связана с географически удалёнными алжирскими мышами (Mus spretus), которые несли ту же мутацию.

Но тот проект рассматривал лишь небольшие участки генома мыши на одной хромосоме, где находился исследуемый мутантный ген Vkorc1. «Этот ген адаптивно интрогрессировал между этими мышами и, как было известно, вызывал устойчивость в то время, когда некоторые учёные считали, что такие события не должны происходить», — сказал Кон.

Новое исследование сравнивает полногеномные данные 21 мыши, происходящих из 15 различных локаций в Европе и Африке.

Кон, Нахле и ведущий автор Кевин Лю использовали суперкомпьютеры Райса и открытое программное обеспечение PhyloNet-HMM для поиска статистически вероятных связей между повторно секвенированными полными геномами.

Они обнаружили ещё два набора геномных регионов (трактов), которые показали события гибридизации. Один, по-видимому, предшествовал колонизации Европы M. m. domesticus, а другой повлиял на обоняние подопытных — явное эволюционное преимущество для мышей, ищущих пищу или партнёров.

«Новый статистический метод, разработанный в группе Луая, может только сказать, есть событие или нет. Он не может сказать, почему оно там или что делает. Но он даёт способ начать поиск», — добавил Кон.

Длина общих геномных трактов является ключом к оценке их возраста и эволюционной динамики. Чем длиннее регион, тем недавнее произошло событие гибридизации. Некоторые могут быть «генами-драйверами», которые «тащат» за собой соседние участки ДНК.

Кон ожидает, что будущие исследования покажут свидетельства большего количества гибридизаций среди мышей из изученных регионов и за их пределами, хотя понимает, что многие события никогда не будут обнаружены.

Нахле отметил, что другие исследования могли упустить свидетельства гибридизации, потому что исследователи специально их не искали. «Эта статья показывает ценность сотрудничества между биологами и специалистами по большим данным. Она также показывает необходимость разработки более сложных вычислительных методов для биологов».