Группа биологов обнаружила, что отличительные генетические процессы раннего развития помогают объяснить закономерности развития животных в природе и на эволюционном древе. Его результаты указывают на часто упускаемую из виду динамику между геномом матерей и их развивающимся потомством - и ту, которая подчеркивает это генетическое взаимодействие как основное влияние на эволюцию..
«Некоторые черты потомства, такие как размер, определяются геномом матери, но другие черты потомства формируются самим геномом потомства», - объясняет Мэтью Рокман, доцент кафедры биологии Нью-Йоркского университета. старший автор статьи, опубликованной в журнале eLife.«В результате между матерью и потомством могут возникать генетические несоответствия, которые иногда могут препятствовать адаптации к экологическим условиям».
Исследование, первый генетический анализ перехода от непрямого к прямому развитию, одного из наиболее распространенных эволюционных паттернов в истории жизни животных, провела Кристина Закас, научный сотрудник Нью-Йоркского университета с докторской степенью.
Многие животные развиваются опосредованно, превращаясь сначала в личинку, которая должна прокормить себя, прежде чем превратиться в свою ювенильную форму. Однако некоторые линии отказались от этого личиночного способа развития, переключившись на прямое развитие - пропустив личиночную фазу и вылупившись в виде уменьшенной версии взрослой особи.
Таким образом, Линии прямого и косвенного развития имеют очень разные потомки, с большими различиями в размерах и морфологии между ними. Но как происходит такой эволюционный переход на генетическом уровне, долгое время оставалось загадкой для ученых.
В своем исследовании ученые из Нью-Йоркского университета изучили маленького морского червя Streblospio benedicti, обитающего в гавани Нью-Йорка. Этот вид служит хорошим средством для изучения перехода от личинки к прямому развитию, потому что некоторые популяции этого вида производят личинок, в то время как другие развиваются напрямую..
Используя генетические скрещивания в лаборатории, чтобы выделить различия в потомстве червей, ученые стремились обнаружить области генома, ответственные за развитие личинок. Отслеживая фрагменты генома по генеалогическому древу своих экспериментальных червей, они могли различать альтернативные генетические модели.
Удивительно, но их результаты показали, что гены, определяющие размер яиц, полностью независимы от генов, влияющих на развитие личинок.
«Эта генетическая независимость означает, что спаривания между популяциями, отличающимися по способу развития, будут генерировать генетически несовместимое потомство», - отмечает Рокман.«Более того, поскольку размер яйца определяется материнскими генами, а развитие личинок - генотипом потомства, особые обстоятельства раннего развития создают петлю обратной связи: частота материнских генов в популяции создает собственное давление отбора для соответствия генов потомства."
Выводы, таким образом, предполагают наличие ранее неизученного механизма, определяющего развитие этого и других видов.
«Различные экологические обстоятельства благоприятствуют тому или иному подходу, но наши результаты показывают, что у этого вида эффекты материнского генома могут преобладать над другими селективными воздействиями со стороны окружающей среды, такими как соленость, хищники или изобилие пищи», - говорит Рокман.
Исследование финансировалось Фондом семьи Зегар, а также грантами Национального научного фонда (IOS-1350926) и Национальных институтов здравоохранения (GM108396-02).