Паук с острова теряет половину своего генома, опровергая эволюционные ожидания

от

За несколько миллионов лет паук вида Dysdera tilosensis, обитающий на Канарских островах, сократил размер своего генома наполовину в процессе колонизации и адаптации к естественной среде обитания. Помимо уменьшения размера, этот геном более компактен и содержит больше генетического разнообразия, чем у других похожих континентальных пауков.

Открытие

Исследование, [опубликованное](https://academic.oup.com/mbe/article/42/9/msaf206/8238216) в журнале Molecular Biology and Evolution, впервые показывает, как виду животных удалось сократить свой геном почти наполовину во время колонизации океанических островов.

Противоречие традиционным эволюционным взглядам

Это исследование противоречит более традиционным эволюционным представлениям о видах, колонизирующих острова, чьи геномы больше и часто содержат больше повторяющихся элементов. Работа расширяет научные дебаты по поводу важной загадки в эволюционной биологии: как и почему размер генома меняется в ходе эволюции живых существ?

Исследование

Исследование под руководством Хулио Розаса и Сары Гирадо, экспертов из факультета биологии и Исследовательского института биоразнообразия (IRBio) Университета Барселоны. Первый автор статьи — Вадим Писаренко (UB-IRBio). В работе также участвовали команды из Университета Ла-Лагуна, Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Университета Невшателя (Швейцария).

Результаты исследования

Это исследование предлагает неожиданную перспективу для объяснения феномена, который десятилетиями озадачивал учёных: размер генома — общее количество пар оснований ДНК, кодирующих генетическую информацию организма — сильно различается у разных видов, даже у тех, которые имеют сходную биологическую сложность.

Пауки рода Dysdera впечатляюще разнообразны в среде обитания на Канарских островах. Этот архипелаг считается настоящей природной лабораторией для анализа того, как виды и их геномы эволюционируют в условиях географической изоляции. Почти 50 эндемичных видов — 14% всех видов этого рода, описанных в мире, — появились с момента формирования островов несколько миллионов лет назад.

Применяя передовые технологии секвенирования ДНК, команда проанализировала геномы двух эволюционно близких видов пауков: Dysdera catalonica, континентального вида, обитающего в северной половине Каталонии и на юге Франции, и D. tilosensis, эндемичного для острова Гран-Канария.

«У вида D. catalonica геном составляет 3,3 миллиарда пар оснований (3,3 Гб), что почти вдвое больше, чем у вида D. tilosensis (1,7 Гб). Интересно, что, несмотря на меньший размер генома, вид с Канарских островов демонстрирует большее генетическое разнообразие», — говорит Розас, профессор кафедры генетики, микробиологии и статистики UB, директор исследовательской группы «Эволюционная геномика и биоинформатика» и член совета директоров платформы «Биоинформатика Барселоны» (BIB).

Геномное секвенирование также показывает, что у D. catalonica гаплоидное число хромосом составляет четыре аутосомы и одну половую хромосому X, в то время как у D. tilosensis — шесть аутосом плюс хромосома X.

«Сокращение генома у паука D. tilosensis, связанное с процессом колонизации Канарских островов, является одним из первых задокументированных случаев резкого сокращения генома с использованием высококачественных эталонных геномов», — говорит Розас.

«Это явление впервые подробно описано для филогенетически близкородственных видов животных», — продолжает он.

Профессор Гирадо отмечает, что у таких эволюционно схожих видов, которые обитают в схожих условиях и имеют схожий рацион, различия в размере генома не всегда можно объяснить экологическими или поведенческими факторами. «Филогенетический анализ в сочетании с измерениями проточной цитометрии показывает, что общий предок имел большой геном (около 3 Гб). Это указывает на то, что резкое сокращение генома произошло во время или после прибытия на острова», — говорит Гирадо.

Парадоксы исследования

Результат явно парадоксален по двум причинам. С одной стороны, хотя и нечасто у животных, наиболее распространённым является увеличение размера генома за счёт полногеномных дупликаций, особенно у растений, где появление полиплоидных видов (с множественным набором хромосом) является обычным явлением. Напротив, такие резкие сокращения размера генома за относительно короткий период времени встречаются гораздо реже, — говорит Гирадо.

Во-вторых, результаты противоречат теориям, утверждающим, что на островах эффект основателя — процесс колонизации небольшим числом особей — приводит к снижению селективного давления, и в результате геномы должны быть больше и богаче повторяющимися элементами.

«В исследовании мы наблюдали обратное: у островных видов меньшие, более компактные геномы с большим генетическим разнообразием», — говорит докторский студент Писаренко. Этот паттерн предполагает наличие неадаптивных механизмов, «посредством которых популяции на Канарских островах оставались бы относительно многочисленными и стабильными в течение длительного времени. Это позволило бы поддерживать сильное селективное давление и, как следствие, устранять ненужную ДНК», — говорит Писаренко.

До сих пор остаётся загадкой, почему у похожих видов одни геномы накапливают многочисленные повторяющиеся последовательности ДНК, а другие более компактны. Исследование может предложить свежий взгляд на решение этого открытого вопроса в эволюционной биологии.

Согласно некоторым гипотезам, эти изменения в геноме имеют прямое адаптивное значение. Другие объяснения предполагают неадаптивные механизмы, в которых размер генома является результатом баланса между накоплением повторяющихся элементов (таких как транспозоны) и их удалением путём очищающего отбора.

«Это исследование подтверждает идею о том, что размер генома у этих видов зависит в первую очередь от баланса между накоплением и удалением этой повторяющейся ДНК, а не от прямой адаптации», — заключают исследователи.

Предоставлено [Университетом Барселоны](https://phys.org/partners/university-of-barcelona/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте