Как только последовательности генома дрожжей стали доступны, исследователи смогли определить, что геном дрожжей содержит более 50 повторяющихся фрагментов. С тех пор научное сообщество приняло теорию о том, что дрожжи подверглись дупликации всего генома — феномен, который не изолирован и который также может быть обнаружен у других видов. Например, мы знаем, что дупликации всего генома были важны на ранней стадии эволюции позвоночных и что это очень распространенное явление для растений, особенно культурных.Ученые CRG Марина Марсет-Хубен и Тони Гэблдон (руководитель группы CRG и профессор-исследователь ICREA) изучили происхождение дупликации всего генома у дрожжей, чтобы получить более полное представление об этом явлении, которое, как считается, сыграло ключевую роль. эволюция и адаптация вида.
Их результаты были опубликованы сегодня в журнале PLoS Biology. Неожиданно они показывают, что появление дублированных генов было вызвано не простой дупликацией всего генома, а скорее гибридизацией двух разных видов.
Их предложение, которое расходится с наиболее широко принятой в настоящее время теорией в научном сообществе, дает новое понимание этого ключевого процесса эволюции генома и происхождения видов."Когда мы впервые увидели результаты нашего исследования, мы подумали, что произошла какая-то ошибка. Честно говоря, когда результаты не соответствуют вашим ожиданиям и противоречат установленным данным, первое, что вы делаете, это думаете, что на них повлияли некоторые своего рода проблема. Но как только все потенциальные проблемы были отброшены, вы начинаете интерпретировать данные объективно, без предвзятых идей, и заниматься реальной наукой.
Именно тогда мы начали рассматривать различные возможные объяснения и работать над новой идеей. "объяснил Тони Гэблдон, ведущий исследователь исследования и руководитель группы сравнительной геномики. Он добавил: «Это один из тех волшебных моментов исследования, когда, как только вы достаточно откроете свой разум, вы можете подчиниться свидетельствам в данных и отбросить то, что вы считали доказанным фактом, чтобы принять совершенно новую парадигму, независимо от того, как Поначалу это кажется неправдоподобным. Потом вы погружаетесь в свою новую парадигму и видите, что она также объясняет другие независимые наблюдения. С научной точки зрения это был сложный и полезный опыт ».
Глядя в прошлое, чтобы понять настоящее и предсказать будущееПосле того, как геномика вошла в эволюционные исследования, ученые смогли показать, что явление дупликации всего генома является общим для нескольких видов, что заставляет нас полагать, что это один из ключевых механизмов эволюции и приспособляемости видов. Дублирование генома дало бы организму несколько копий генов, чтобы он мог изменять некоторые из этих копий с течением времени без потери оригинала и, таким образом, производить новые белки с новыми функциями, что могло бы дать ему эволюционное преимущество, позволив ему более легко адаптироваться. и справляться с разными условиями.
Однако интуитивно кажется логичным, что включение чего-то другого посредством гибридизации, а не дублирования того, что уже есть, могло бы быстрее привести к более высокой степени разнообразия и лучшей адаптации. Проблема заключается в том, что большинство гибридных скрещиваний нежизнеспособны, и, если они жизнеспособны, полученные гибриды бесплодны и, следовательно, не могут передавать свою новую генетическую информацию своему потомству. Из-за этого, а также из-за сходства повторяющихся генов идея дублирования всего генома ранее казалась более правдоподобной.
Работа Марсет-Хубена и Гэблдона теперь показала, что для дрожжей гибридизация действительно стоит за дупликацией некоторых генов. Исследователи проанализировали геномные данные с помощью вычислительного инструмента, основанного на передовых вычислительных методах и разработанного группой Gabaldon для изучения филогенетических деревьев семейств дрожжей. Этот инструмент позволил исследователям реконструировать дупликации генов и определить, что происходило во время эволюции, что сделало его вычислительным эквивалентом датировки окаменелостей по углероду-14. К своему удивлению, они обнаружили, что возраст некоторых дублированных генов оказался намного больше, чем предсказывает теория дупликации всего генома.
Вместо того, чтобы поддерживать событие дупликации генома в то время, когда дрожжи эволюционировали, чтобы иметь вдвое больше хромосом, их данные показали, что дублированные гены начали расходиться задолго до этого. Этот результат предполагал возможность гибридизации между видами.
В этом случае дублированные гены все еще отличаются друг от друга, так что их расхождение предшествовало дублированию хромосомы.Гипотеза гибридизации сильно влияет на то, как мы интерпретируем происхождение и эволюцию дублированных геномов. Например, нам больше не нужно воображать, что для создания новых функций из дублированных участков генома необходимы массовые и быстрые изменения, поскольку гибридизация объединяет свойства двух родительских линий с первого дня и открывает двери для новых экологических и эволюционных возможностей.Новое предложение усиливается, когда мы видим, что количество дупликаций генома у культурных растений намного выше. «Мы должны подумать, скрывают ли дупликации генома у других видов также гибридизацию, поскольку, например, кажется очевидным, что мы можем столкнуться с аналогичной ситуацией в культурных растениях.
Традиционно выращивание растения и улучшение его производства приведет к принудительной гибридизации», — прокомментировал Габалдон.Возможность «взглянуть» на геномы эукариот возрастом 100 миллионов лет теперь позволит нам углубить наши знания о геномах, а также об эволюционных механизмах, ведущих к диверсификации и обретению новых функций.
Эта сложная и инновационная работа будет иметь большое значение для того, как мы интерпретируем функциональные и эволюционные последствия дупликации генома. Это также подчеркивает важность фундаментальных исследований для понимания геномов, эволюции и разнообразия.