Генетики давно делают ставку на успех полового размножения над бесполым, в значительной степени основанный на процессе, известном как трещотка Мюллера, механизме, с помощью которого в геноме накапливаются вредные и необратимые мутации после того, как организм-хозяин утратил способность выполнять важные перестановка генов рекомбинации.
Новая работа лаборатории выдающегося профессора биологии IU Майкла Линча вместо этого указывает на то, что наиболее вредные последовательности ДНК, способствующие процессу вымирания, на самом деле присутствуют в половых предках, хотя и в рецессивной форме, и просто становятся уязвимыми в результате быстро развивающейся конверсии генов и процессы делеции, которые исключают подходящие гены из одной из родительских хромосом.
После секвенирования полных геномов 11 половых и 11 бесполых генотипов Daphnia pulex, модельного организма для изучения воспроизводства, более известного как водяная блоха, команда обнаружила, что каждый бесполый генотип имеет общие комбинации аллелей для двух разных хромосом. передается бесполыми самцами без рекомбинации.
Затем бесполые самцы распространяют генетические элементы для подавления мейоза, типа деления клеток, необходимого для полового размножения, среди половых популяций. Уникальная особенность этой системы заключается в том, что, хотя женщины становятся асексуальными, их сыновья не должны быть такими, а вместо этого имеют возможность распространять ген асексуальности среди сексуальных популяций — по сути, посредством процесса заразной асексуальности.
«Можно подумать об этом процессе как о передаваемом бесполом заболевании», — сказал Линч. По его словам, обнаружение ранее существовавших вредоносных аллелей, кстати, является основной причиной рака.
В другом примечательном открытии полногеномного исследования асексуальных маркеров, команда также смогла определить возраст всего бесполого излучения для D. пулекс. Всего несколько лет назад биологи предполагали, что возраст бесполых дафний может составлять миллионы лет, а по самым последним оценкам, возраст составляет от 1000 до 172000 лет. Но новые расчеты скорости молекулярной эволюции двух хромосом, вовлеченных в асексуальность, датируют создание и распространение асексуальной линии всего 1250 лет назад.
Фактически, некоторые нынешние асексуальные линии были всего на несколько десятилетий старше самого Линча.
«Пруд с бесполыми дафниями может довольно быстро исчезнуть из-за этих процессов обнажения вредных генов, но небольшие хромосомные области, ответственные за асексуальность, выживают, перескакивая в новые сексуальные популяции, где они снова превращают местных людей в асексуальность путем повторного обратного скрещивания», — сказал он. Линч сказал. "Вскоре после такой трансформации процессы преобразования и удаления генов перезапускаются, тем самым снова обнажая существующие ранее существовавшие мутации, ведущие к другому локальному событию исчезновения. Что касается сексуального населения, асексуальность заразительна, распространяется на огромные географические расстояния, не подвергаясь рекомбинации."
Линч сказал, что остается неясным, какова будет окончательная судьба всего полового вида и будут ли в конечном итоге вытеснены все сексуальные популяции в результате марша асексуальных линий на запад.
Команда из факультета биологии Колледжа искусств и наук IU использовала половые и бесполые дафнии, полученные из прудов и озер в шести штатах и двух канадских провинциях.
Новая работа поддерживает предыдущие исследования, показывающие, что расширение бесполых линий на запад началось в северо-восточной части Северной Америки.
Команда даже смогла определить, что генетическая причина асексуальности у D. pulex — генетические элементы, подавляющие мейоз — произошли от сестринского вида, Daphnia pulicaria, либо путем введения тех элементов, которые ранее были сегрегированы в D. pulicaria или в результате уникального события гибридизации, которое привело к изменению.
"Это содержимое двух нерекомбинирующихся хромосом, полученных из D. pulicaria, которые вызывают асексуальность после передачи мужского пола асексуальных клонов », — сказал Линч.
Учитывая, что постепенное накопление новых мутаций — трещотка Мюллера — вносит меньший вклад в снижение асексуальности, чем выводы команды Линча о простой потере гетерозиготности и выявлении ранее существовавших вредоносных аллелей, эволюционным биологам теперь нужно будет обратить внимание на Линч считает, что сохранение других бесполых геномов по-новому. (Если у человека есть две разные формы гена на хромосоме, этот человек гетерозиготен; две одинаковые генные формы или аллели в определенном месте делают человека гомозиготным.)
«Популяционно-геномное понимание эволюционного происхождения и судьбы облигатно бесполой Daphnia pulex» доступно в ранних онлайн-изданиях Proceedings of the National Academy of Sciences.
Соавторами Линча были научные сотрудники постдокторантуры Брайан Д. Идс, Авраам Э. Такер и Сен Сюй и Ф.D. студент Мэтью С. Акерман. Финансирование работы было предоставлено Национальным научным фондом и Национальными институтами здравоохранения.