Ученые нашли дополнительные доказательства, подтверждающие идею о том, что два основных домена жизни, археи и бактерии, разделены длинной филогенетической древовидной ветвью и, следовательно, отдаленно связаны между собой. Результаты представлены в исследовании, опубликованном сегодня в eLife.
Анализ дополняет непрекращающиеся дебаты о том, насколько домен архей отличается от домена бактерий, и проливает свет на ограничения традиционных методов оценки эволюционного пути древних организмов.
Вместе с бактериями и эукариями археи составляют три домена древа жизни. Первоначально считалось, что археи были разновидностью бактерий, характерной чертой которых была их способность жить в экстремальных условиях. Но использование молекулярных данных для реконструкции филогенетических деревьев и достижения в генетическом секвенировании изменили наше понимание разнообразия этих организмов и их связи с бактериями и эукариотами.
В древе жизни большая длина ветвей между организмами соответствует большей степени генетических изменений. Исследователи, изучающие эволюционную историю архей и бактерий, оценили длину ветвей, изучая различия между основным набором основных генов, кодирующих клеточный механизм, участвующий в производстве белков и обработке генетической информации. Но недавно исследователи использовали расширенный набор генетических маркеров от бактерий и архей, чтобы оценить генетическое расстояние между двумя доменами, и предложили гораздо более короткую длину ответвления, то есть два домена были более тесно связаны между собой.
«Эта недавняя работа подняла два важных вопроса, касающихся оценок универсального древа жизни», - объясняет первый автор Эдмунд Муди, кандидат биологических наук в Школе биологических наук Бристольского университета, Великобритания. «Во-первых, оценки генетической дистанции между археями и бактериями по классическим «ядерным генам» могут не отражать древние геномы в целом, и, во-вторых, может существовать гораздо больше подходящих генов для исследования ранней эволюционной истории, чем предполагалось ранее., что могло бы повысить точность этих оценок."
Чтобы исследовать эти вопросы, Муди и его коллеги изучили эволюционную историю расширенного набора маркеров 381 гена и переоценили наборы маркерных генов, использованные в предыдущих анализах. Они обнаружили несколько особенностей расширенного набора маркеров, таких как междоменные переносы генов и паралогичные гены - гены, которые развились путем дупликации и кодируют белки с похожими, но не идентичными функциями. «Наши данные свидетельствуют о том, что включение маркерных генов с такими характеристиками может искусственно укоротить ветвь, разделяющую домены архей и бактерий», - говорит соавтор Тара Махендрараджа, кандидат наук в NIOZ, Нидерланды.
Традиционно используемые наборы генных маркеров включают гены многих белков, из которых состоит рибосома - клеточный механизм трансляции ДНК. Было высказано предположение, что если рибосомные белки испытают ускоренный период эволюции в какой-либо момент, это может привести к искусственно длинной ветви филогенетического дерева. Итак, команда сравнила набор маркеров рибосомных и нерибосомных генов, чтобы получить оценку длины ветви, и обнаружила, что она одинакова.
Соавтор Аня Спанг, старший научный сотрудник NIOZ, подчеркивает: «Эти результаты не подтверждают гипотезу о том, что рибосомные белки эволюционировали быстрее, чем нерибосомные гены, и подтверждают, что рибосомные белки являются полезными маркерами филогенеза. Однако анализ показал, что как истинная длина ветвей архей-бактерий, так и разнообразие архей могут быть недооценены даже лучшими текущими моделями».
«Споры вокруг этих вопросов действительно говорят о более общих ограничениях существующих моделей: например, явно неудовлетворительно основывать наше представление о ранней эволюции или генетическом разнообразии на небольшом наборе генов», - добавляет соавтор. старший автор Том Уильямс, адъюнкт-профессор молекулярной эволюции Школы биологических наук Бристольского университета. «Изучение эволюционного сигнала в большей части генома, чем мы могли ранее, является важной целью, к которой предыдущие исследования подходили по-разному. Наша работа предполагает, что новые методы, включая более реалистичные модели удвоения, переноса и потери генов, могут помочь решить некоторые из различных точек зрения, позволяя оценить эволюцию по всему геному, принимая во внимание различные эволюционные истории отдельных семейств генов."