Раскрытие генетических механизмов адаптивной эволюции — ключевая задача молекулярной биологии. Хотя организмы часто демонстрируют быструю фенотипическую адаптацию к изменениям окружающей среды, лежащие в основе геномные процессы остаются малоизученными.
Переход рыб из морской среды в пресноводные местообитания — это сложный адаптивный процесс, включающий множество полигенных признаков. Параллельная эволюция быстрой адаптации к пресной воде, отмечают учёные, представляет собой идеальную модель для изучения генетической архитектуры, управляющей фенотипическими адаптациями к новым условиям среды.
В исследовании, опубликованном в журнале «Molecular Biology and Evolution», группа учёных под руководством профессора Лю Цзиньсяня из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS) изучила генетические основы быстрой адаптации к пресной воде у ледяного кальмара (Neosalanx brevirostris). В работе сравнивались геномные вариации между предковой анадромной популяцией вида и производными группами, обитающими в пресной воде.
Основные выводы показали, что различные популяции, обитающие в пресной воде в бассейне реки Янцзы, эволюционировали независимо от популяции в эстуарии реки Янцзы, формируя параллельную систему адаптации к пресной воде.
Дальнейший анализ подтвердил, что эта быстрая параллельная адаптация определяется сложной полигенной архитектурой, причём параллелизм на уровне генома в основном обусловлен отбором по стоячим генетическим вариантам.
Примечательно, что в предковой популяции эстуария были обнаружены умеренные частоты адаптивных генетических вариаций-кандидатов. Это говорит о том, что популяция уже прошла предварительную адаптацию к условиям низкой солёности в колеблющейся эстуарной среде, что значительно ускорило темпы параллельной адаптации к пресной воде.
В ходе этого адаптивного процесса исследователи наблюдали значительные сдвиги в частотах аллелей среди адаптивных однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Большая часть аллелей, предпочтительных для пресной воды, стала либо фиксированной, либо почти фиксированной, с функциональными связями с осморегуляцией, иммунорегуляцией, локомоцией и метаболизмом.
«Это согласуется с полигенной архитектурой, лежащей в основе адаптивной дивергенции между двумя экотипами, которая включает сложные физиологические и поведенческие признаки», — сказал доктор Ли Юйлун, один из первых авторов этого исследования.
Это исследование подчёркивает решающую роль стоячих генетических вариаций в движущей адаптивной эволюции в условиях экологических изменений, предлагая новое понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе быстрых адаптивных сдвигов в сложных биологических признаках.
Предоставлено:
Китайская академия наук.