Похожие статьи
Признаки часто утрачиваются в ходе эволюции либо потому, что они больше не приносят пользы, либо потому, что поддерживать их слишком дорого. Когда это происходит, обычно считается, что гены, лежащие в основе признака, в конечном итоге также деградируют, что затрудняет, если не делает невозможным повторное появление признака. Тем не менее, в природе существует множество примеров, когда некогда утраченные признаки вновь проявляются в потомственных линиях.
По словам Джоббе Форни, научного сотрудника Болонского университета, «отображение наличия или отсутствия признаков на древе вида предполагает, что некоторые признаки, возможно, были утрачены в линиях, ведущих к существующим видам, а затем впоследствии восстановлены. Крылья у палочников считаются одним из наиболее знаковых примеров этого эволюционного процесса».
Это означает, что гены, лежащие в основе этих признаков, могут сохраняться, в некоторых случаях в течение миллионов лет. К сожалению, исследования молекулярной основы такого повторного появления немногочисленны, оставляя лежащие в основе механизмы, ответственные за такое сохранение, в значительной степени открытыми для предположений до сих пор.
В новом исследовании, опубликованном в Genome Biology and Evolution, Форни и его коллеги пролили свет на еще одну сложную черту, которая была утрачена у некоторых палочников — производство самцов.
Потеря способности производить самцов приводит к тому, что в популяции остаются только самки, которые размножаются путем партеногенеза, формы бесполого размножения. Исследование показывает, что гены, которые тесно связаны в регуляторных сетях и вовлечены во множество биологических процессов, могут сохраняться долгое время после потери признака, обеспечивая потенциальный путь для повторного появления признака в течение длительного эволюционного периода времени.
В новом исследовании ученые провели сравнительный анализ трех видов палочников рода Bacillus. В то время как популяции Bacillus grandii marettimi состоят из самцов и самок, размножающихся половым путем, Bacillus atticus включает популяции, в которых только самки размножаются партеногенезом.
Третий вид, Bacillus rossius, включает как половые, так и партеногенетические популяции. Изучая судьбы генов, участвующих в размножении самцов у этих трех видов, авторы стремились исследовать степень, в которой гены сохраняются после потери признака, и потенциальные механизмы, способствующие этому сохранению.
Исследователи сначала идентифицировали генные сети, экспрессия которых коррелировала с размножением самцов или самок у половых видов B. marettimi, а затем оценили те же гены у B. atticus и B. rossius. Удивительно, но гены, связанные с самцами, не проявляли признаков ослабленного отбора или ускоренной эволюции по сравнению с генами, связанными с самками, у партеногенетических видов. Более того, паттерны экспрессии генов, связанные с самцами, были частично сохранены у обоих партеногенетических видов.
Копнув глубже, исследователи обнаружили, что гены в сетях, связанных с самками, в основном экспрессировались в женских репродуктивных тканях, в то время как гены в сетях, связанных с самцами, экспрессировались в мужских и женских репродуктивных тканях, включая как половых, так и партеногенетических самок. Это говорит о том, что гены, связанные с мужчинами, также могут играть роль в репродукции самок.
Участие гена во множестве биологических процессов известно как плейотропия, и это явление может объяснить сохранение генов, связанных с мужчинами, у этих партеногенетических палочников, как предполагалось ранее.
Более того, авторы обнаружили, что гены, которые были тесно связаны со многими другими генами в сети, с большей вероятностью экспрессировались в репродуктивных тканях партеногенов, предполагая, что сетевая связность гена также может влиять на сохранение его гена после потери признака.
В совокупности эти результаты указывают на то, «что молекулярная основа некогда потерянного мужского репродуктивного процесса может сохраняться из-за плейотропного воздействия на другие признаки». Разные гены могут проходить разные траектории сохранения и распада в зависимости от уровня плейотропии в сети генной регуляции.
Это исследование не только проливает свет на сохранение генетической архитектуры после потери признака, но также предлагает потенциальный взгляд на появление редких самцов и скрытого пола (т. е. эпизодического зарождения самцов и полового размножения), которые наблюдались во все большем числе линий, которые, как считалось, давно утратили способность производить самцов. Это открывает новые потенциальные возможности для исследований, последствия которых могут выйти далеко за рамки палочников.
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
