Эволюционная теория предсказывает, что приспособленность индивидуума максимальна, когда генетические различия между его родителями не слишком малы и не слишком велики, а являются некоторой идеальной величиной, известной как оптимальное расстояние спаривания.
Однако десятилетия исследований, как правило, не смогли подтвердить это предсказание или определить оптимальное расстояние для спаривания.
Чтобы проверить идею об оптимальном расстоянии спаривания и попытаться его оценить, два биолога-эволюциониста Мичиганского университета проанализировали ранее опубликованные данные о более чем 400 генетических скрещиваниях между тремя типами модельных организмов, представляющих три основные линии эукариотических организмов.: грибы, растения и животные.
В последнем выпуске журнала Science Advances сообщается об обнаружении оптимального расстояния спаривания у всех трех модельных организмов - пекарских дрожжей, растения арабидопсис и мыши. При отображении на графике они обнаружили, что взаимосвязь между дистанцией спаривания и приспособленностью демонстрирует характерную горбатую форму, которая давно была предсказана, но оставалась неуловимой..
У каждого из трех видов они обнаружили, что оптимальное расстояние для спаривания близко к нуклеотидному разнообразию, которое представляет собой среднюю генетическую разницу между двумя особями одного и того же вида.
Выводы, по словам авторов Xinzhu Wei и Jianzhi Zhang, имеют теоретическое и практическое значение для разведения животных и растений, а также для сохранения. Чжан - профессор кафедры экологии и эволюционной биологии Университета штата Массачусетс. Вэй был докторантом в лаборатории Чжана, когда работа была сделана, а сейчас является постдокторантом Калифорнийского университета в Беркли.
"В селекции животных и растений инбредные линии с разным генетическим расстоянием скрещиваются для получения гибридов с более высокой урожайностью. Чтобы сохранить виды, ученые иногда скрещивают организмы из двух разных, ухудшающихся популяций в надежде получить более приспособленные гибриды", - сказал Чжан. «Наше открытие - что спаривание между особями с примерно средним генетическим расстоянием внутри вида приводит к наиболее приспособленному потомству - может направить эти усилия».
Приспособленность - это концепция, которую биологи используют для описания степени, в которой характеристики организма увеличивают количество его потомства. Чисто-белая шерсть может увеличить шансы арктического зайца избежать хищников зимой и выжить, чтобы размножаться следующей весной. В этом примере гены чисто-белого окраса обеспечивают повышенную приспособленность.
Генетическая дистанция между двумя родителями особи, известная как дистанция спаривания, влияет на приспособленность особи посредством двух конкурирующих механизмов.
С одной стороны, увеличение генетического расстояния выгодно из-за явления гетерозиса, также известного как гибридная сила. Селекционеры растений и животных обычно используют генетические преимущества этого явления, скрещивая две различные родительские линии.
Такие скрещивания могут повысить приспособленность, производя гибридное потомство, которое крупнее и здоровее, а в случае кукурузы более продуктивно, чем их инбредные родители.
Но слишком большое генетическое расстояние между особями может быть вредным из-за генетической несовместимости.
Биологи давно подозревали, что оптимальное расстояние для спаривания представляет собой промежуточную точку, которая отмечает компромисс между преимуществами гетерозиса и вредными последствиями генетической несовместимости. Новое исследование подтверждает эти подозрения.
Результаты показывают, что как в селекции, так и в сохранении растений использование дистанции спаривания, близкой к OMD, оптимальной дистанции спаривания, вероятно, оптимизирует набор признаков, связанных с приспособленностью.