Изменения хромосом считаются важными в видообразовании (процессе образования новых видов). Это связано с тем, что несколько хромосомных перестроек могут сделать геном нескольких особей в популяции настолько разными, что они не смогут успешно скрещиваться с остальной частью популяции. Считается, что со временем это может привести к эволюции двух разных видов с разными кариотипами (i.е. различные наборы хромосом, составляющие геном).
Углубленное тестирование этих идей теперь возможно с помощью передовых молекулярных технологий, которые позволяют исследователям секвенировать ДНК по всем геномам.
В новой статье журнала Molecular Biology and Evolution исследователи из Университета Констанца, Гарвардского университета и Римского университета Ла Сапиенца изучают диких домашних мышей (Mus musculus domesticus) с нескольких островов Эолийского архипелага у побережья Сицилии.
Южная Италия. Их результаты эмпирически подтверждают идею о том, что особый тип крупномасштабных хромосомных перестроек, называемый «Робертсоновские (Rb) слияния», играет активную роль в видообразовании.
Выяснение роли хромосомных перестроек в видообразовании
Хромосомные перестройки – это мутации в геноме индивидуума, популяции или целого вида, при которых изменяются большие части генома, например, в результате дупликации (когда дублируется весь кусок хромосомы) или инверсии (когда изменяется часть хромосомы). его ориентация относительно остальной хромосомы). «Наиболее распространенным типом хромосомной перестройки, происходящим в естественных популяциях домовых мышей Западной Европы, являются слияния Робертсона», – объясняет доктор Паоло Франкини, первый автор исследования и исследователь из Университета Констанца?группа исследователей зоологии и эволюционной биологии под руководством профессора Акселя Мейера.
Робертсоновские слияния – это крупномасштабные хромосомные перестройки, при которых две полные хромосомы сливаются, образуя одну очень большую метацентрическую (X-образную) хромосому. «Известно, что этот тип перегруппировки играет значительную роль в видообразовании», – говорит Франкини. "И это очень часто встречается у диких домашних мышей, что делает их идеальной системой для изучения. Дополнительным преимуществом эоловых мышей является то, что эти популяции очень малы, и генетические мутации могут быстро распространяться среди населения данного острова."
Популяции диких домовых мышей на Эолийском архипелаге, состоящем из семи небольших островов вулканического происхождения, имеют разные кариотипы, характеризующиеся различными комбинациями Робертсоновских слияний.
Одна из основных целей при изучении этих популяций состояла в том, чтобы понять, как развивались эти кариотипические распределения, то есть реконструировать их эволюционную историю.
Единое происхождение против нескольких независимых источников
«Основная проблема в этом контексте – происхождение этих дистрибутивов», – объясняет Франкини. Интересно, что три Робертсоновские хромосомы, обнаруженные в популяциях эолийских островов, также встречаются у мышей из центральной Италии. Таким образом, предыдущее исследование предполагало, что мыши из центральной Италии колонизировали острова вместе с человеческими поселенцами, и пришел к выводу, что именно поэтому эти три Робертсоновских слияния можно наблюдать сейчас на Эолийских островах.
Это то, что называется «гипотеза единственного происхождения»."Постулируется, что эти слияния Rb произошли всего один раз – в центральной Италии – и распространились оттуда. «В нашей статье мы смогли показать, что одни и те же хромосомные слияния могут происходить в разных местах и независимо друг от друга», – говорит Франкини. Поскольку известно, что Робертсоновские слияния играют активную роль в хромосомном видообразовании, понимание их происхождения и установление того, происходят ли они часто и в разных географических точках или нет, может дать представление о динамике видообразования: «Если одни и те же хромосомные слияния происходят гораздо легче. чем предполагалось ранее, то это будет поддерживать высокую скорость мутаций и, косвенно, большую вероятность того, что перестройки Робертсона будут играть активную роль в видообразовании."
Чтобы различать эти две гипотезы – «единственное происхождение» и «множественно-независимое происхождение» – необходимо глубже изучить генетическую последовательность этих робертсоновских хромосом.
Таким образом, исследователи в этом новом исследовании проследили происхождение и эволюционную историю трех идентичных робертсоновских хромосом, обнаруженных в популяциях островов и материка. Применяя филогенетический и популяционно-генетический подходы к генетическим маркерам, распространенным по всему геному, они смогли показать, что этот конкретный набор хромосом возник как минимум дважды в двух разных географических точках – на островах и в центральной Италии. Это подтверждает гипотезу "множественных независимых источников происхождения".
Взаимодействие Робертсоновских слияний и событий гибридизации
Команда также смогла показать, что некоторые из кариотипов, наблюдаемых в островных популяциях, на самом деле являются результатом событий гибридизации с участием разных мышей с разными наборами Робертсоновских или стандартных хромосом. «В конечном счете, именно это взаимодействие между фиксацией вновь сформированных робертсоновских хромосом и такими событиями гибридизации сформировало распределение кариотипов на Эолийском архипелаге», – заключает Паоло Франкини.
Влияют ли эти геномные мутации на фенотипы этих популяций мышей, остается неизвестным. «Это следующий шаг», – говорит Франкини. "Мы знаем, что в большинстве случаев мутации что-то делают. Некоторые слияния Робертсона очень распространены по всей Европе, что говорит о том, что может иметь место какой-то отбор в пользу этих мутаций. Это, в свою очередь, предполагает, что эти мутации могут быть даже полезными."Однако, в чем именно может заключаться преимущество этих слияний, остается открытым и интересным вопросом
Фон:
Новое полногеномное исследование диких домашних мышей (Mus musculus domesticus) в южной Италии предполагает, что особый тип крупномасштабных хромосомных перестроек, называемый слияниями Робертсона, играет активную роль в видообразовании.
Используя ряд мощных генетических подходов, исследователи из Университета Констанца, Гарвардского университета и Римского университета Ла Сапиенца проследили демографические закономерности и кариотипическое распределение популяций диких домовых мышей на Эолийском архипелаге.
Сосредоточив внимание на трех идентичных хромосомных перестройках, обнаруженных в популяциях острова и материка, исследователи смогли показать, что, вопреки предыдущим предположениям, крупномасштабные генетические мутации происходят быстрее, чем предполагалось, и независимо друг от друга.