Международная исследовательская группа обнаружила механизмы, которые создают генетическое разнообразие у асексуальных клещей, обеспечивая их выживание. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Исследователи из Кёльнского университета в сотрудничестве с международными партнёрскими учреждениями изучили асексуальное размножение у рогатых клещей с использованием современных технологий секвенирования генома. Они показали, что ключ к эволюции без секса у рогатых клещей заключается в независимом развитии их двух копий хромосом, явлении, известном как 'эффект Мезельсона'. Исследовательская группа выявила различные механизмы, способствующие генетическому разнообразию в наборах хромосом, тем самым обеспечивая эволюцию клеща.
Как и у людей, у рогатых клещей есть диплоидный набор хромосом. Однако в отличие от людей, асексуальный рогатый клещ Platynothrus peltifer размножается партеногенетически: матери производят дочерей из неоплодотворённых яиц, что приводит к образованию полностью женского общества. С помощью геномных анализов отдельных клещей исследователи впервые смогли изучить накопленные различия между копиями хромосом и проанализировать их значение для выживания клеща. Результаты этого исследования, финансируемого Немецким научным фондом (DFG), были опубликованы под заголовком 'Динамика генома на уровне хромосом раскрывает признаки независимой эволюции гаплотипов у древнего асексуального клеща Platynothrus peltifer' в журнале Science Advances.
Секс является центральным двигателем эволюции, обеспечивая генетическое разнообразие и помогая организмам быстрее адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Напротив, отсутствие секса может привести к генетической стагнации и вымиранию - по крайней мере, согласно общепринятой теории эволюции. Однако клещ Platynothrus peltifer противоречит этим правилам: он существует более 20 миллионов лет - и всё это время без секса. Асексуальные рогатые клещи производят своих женских потомков из неоплодотворённых яиц без участия самцов. В зависимости от механизма, который восстанавливает диплоидный набор хромосом, потомки могут унаследовать все или часть генетических вариантов (аллелей) матери. Таким образом, они могут стать 'полными клонами' матери.
У рогатых клещей обе копии набора хромосом развиваются независимо друг от друга, создавая экспериментальное пространство, в котором могут возникать новые генетические варианты, одновременно сохраняя важную информацию. Особенно заметная разница наблюдается в экспрессии генов - то есть в том, какие копии генов активны. Эти различия позволяют быстро реагировать на изменения окружающей среды и обеспечивают селективное преимущество.
Кроме того, важную роль играет горизонтальный перенос генов (HGT). Это означает передачу или приобретение генетического материала вне половых путей размножения. 'Горизонтальный перенос генов, при котором гены могут даже передаваться от далеких организмов, работает как добавление новых инструментов в существующий набор инструментов. Некоторые из этих генов, по-видимому, помогают клещу переваривать клеточные стенки, тем самым расширяя его пищевой спектр,' объясняет автор исследования, доктор Хюсна Озтопрак из Института зоологии Кёльнского университета.
Также важную роль играют 'прыгающие гены', так называемые транспонируемые элементы (TE). TE перемещаются внутри генома, как главы, вставляемые в новую историю, и могут изменять ход повествования. Особенно интересно, что активность этих TE различается между двумя копиями хромосом. В то время как они активны на одной копии и могут вызывать динамические изменения, на другой они остаются в основном неактивными.
Это исследование предоставляет новые сведения о стратегиях выживания асексуальных организмов. Асексуальная эволюция поддерживается различными источниками генетического разнообразия, на которые обращает внимание исследовательская группа. 'В будущих исследовательских проектах мы хотим выяснить, существуют ли еще механизмы, имеющие значение для эволюции без секса,' говорит доктор Йенс Баст, руководитель группы Эмми Нётер в Кёльнском университете.