Миллионы лет назад один вид лягушек разделился на два вида. Миллионы лет спустя две лягушки снова стали одной, но с несколькими дополнительными хромосомами из-за дупликации всего генома. Таков любопытный случай с африканской когтистой лягушкой Xenopus laevis, чей геном содержит почти в два раза больше хромосом, чем родственная западная когтистая лягушка Xenopus tropicalis.
В эволюции видов на протяжении миллионов лет происходили разные события, которые увеличивали число хромосом у некоторых организмов. Полиплоидия описывает событие, которое увеличивает количество копий каждой хромосомы. Позвоночные претерпели по крайней мере два разных события полиплоидии с момента их первоначального расхождения. Хотя в настоящее время относительно редко можно наблюдать млекопитающих, рептилий или птиц с аномальным числом хромосом, полиплоидия распространена у рыб, амфибий и растений.
проф. Даниэль Рохсар, профессор генетики, геномики и развития Калифорнийского университета в Беркли и глава отдела молекулярной генетики Окинавского института науки и технологий (OIST), профессор Масанори Тайра из Токийского университета и проф. Ричард М. Харланд из Калифорнийского университета в Беркли возглавил группу исследователей, изучавших эволюцию генома африканской когтистой лягушки. В этом крупном совместном проекте приняли участие ученые из различных университетов и институтов по всему миру. Исследование, опубликованное в журнале Nature и представленное на обложке, показало, что X.laevis геном состоит из двух разных наборов хромосом от двух вымерших предков.
Доктор. Олег Симаков, научный сотрудник отдела молекулярной генетики OIST, разработал алгоритм для определения продолжительности времени в миллионах лет между дивергенцией и последующим слиянием предков X. laevis. Чтобы иметь возможность рассчитать это время, геном X. laevis должен был быть правильно аннотирован. Аннотация включает определение того, какие области ДНК содержат кодирующие гены или некодирующие области. Хотя автоматизация может упростить этот процесс, совершается много ошибок. Доктор Юри Ясуока из отдела морской геномики в OIST помог вручную исправить аннотацию гена. Его аспирантура в Токийском университете под руководством профессора Масанори Тайра позволила ему развить навыки, необходимые для его роли в этом проекте. «Используя свой опыт в области биологии развития, я исследовал гены, участвующие в процессах развития», - пояснил он.
Доктор. Адам Сешн, бывший аспирант лаборатории профессора Рохсара в Калифорнийском университете в Беркли и соавтор публикации в Nature, уточнил: «Самым захватывающим открытием нашего исследования является то, что мы можем разделить текущий геном X. laevis на два различных набора хромосом, каждый из которых произошел от уникального предкового вида. Хотя исследования растений смогли показать аналогичные результаты с использованием родственных видов, которые все еще существуют, это исследование впервые было проведено с двумя вымершими видами-прародителями».
В результате этого крупного совместного проекта были получены новые знания о дупликации генома, которые можно применить для изучения эволюции других организмов. «Поскольку X. laevis является хорошо изученной модельной системой для клеточной биологии и биологии развития, она идеально подходит для изучения влияния полиплоидии на эволюцию», - объясняет доктор Симаков.