Исследователи из Центра геномной регуляции (CRG) Барселоны, Испания, в статье, опубликованной 7 августа в журнале открытого доступа PLOS Biology, предложили новую теорию, объясняющую это явление; ответ связан с древним событием спаривания между двумя разными видами и может иметь последствия для наших собственных геномов.С момента первоначального наблюдения ученые предположили, что около 100 миллионов лет назад весь геном каким-то образом был дублирован, и что впоследствии, хотя некоторые гены были потеряны, дрожжи сохранили две копии многих генов и использовали их для приобретения новых функций, которые помогли это чтобы выжить.
Теперь известно, что такие «дупликации всего генома» на удивление широко распространены; например, мы знаем, что дупликации всего генома были важны в ранней эволюции позвоночных (наши собственные геномы несут отличительные черты двух отдельных древних событий дупликации всего генома) и что это очень распространенное явление у растений, особенно культурных, таких как пшеница. .Ученые CRG Марина Марсет-Хубен и Тони Гэблдон использовали передовые вычислительные методы для изучения происхождения дупликации всего генома у дрожжей, чтобы получить более полное представление об этом феномене, который, как считается, сыграл ключевую роль в эволюции и адаптации разновидность. Неожиданно они показывают, что появление дублированных генов было вызвано не простой дупликацией всего генома, а скорее событием спаривания («гибридизации») между двумя разными видами.
Их предложение, которое расходится с наиболее широко принятой в настоящее время теорией в научном сообществе, дает новое понимание этого ключевого процесса эволюции генома и происхождения видов.«Когда мы впервые увидели результаты нашего исследования, мы подумали, что произошла какая-то ошибка», — объяснил Тони Гэблдон, ведущий исследователь исследования, глава группы сравнительной геномики CRG и профессор исследований ICREA. «Честно говоря, когда результаты не соответствуют вашим ожиданиям и противоречат установленным данным, первое, что вы делаете, это думаете, что на них повлияла какая-то проблема. Но как только все потенциальные проблемы были отброшены, вы начинаете интерпретировать данные объективно, без предвзятых идей и заниматься настоящей наукой.
Именно тогда мы начали рассматривать различные возможные объяснения и работать над новой идеей »,Работа Марсет-Хубена и Гэблдона показала, что для дрожжей гибридизация действительно стоит за дупликацией некоторых генов.
Исследователи проанализировали геномные данные с помощью вычислительного инструмента, основанного на передовых вычислительных методах и разработанного группой Gabaldon для изучения генеалогического древа дрожжей. Этот инструмент позволил исследователям реконструировать дупликации генов и определить, что происходило во время эволюции, что сделало его вычислительным эквивалентом датирования окаменелостей по углероду-14. К своему удивлению, они обнаружили, что возраст некоторых дублированных генов оказался намного больше, чем предсказывается теорией для случая дублирования всего генома. Вместо того, чтобы поддерживать событие дупликации генома в то время, когда дрожжи эволюционировали, чтобы иметь вдвое больше хромосом, их данные показали, что дублированные гены начали расходиться задолго до этого.
Этот результат предполагал возможность гибридизации между видами. В этом случае дублированные гены все еще отличаются друг от друга, так что их расхождение предшествовало дублированию хромосомы.Гэблдон добавил: «Это один из тех волшебных моментов исследования, когда, как только вы достаточно откроете свой разум, вы можете подчиниться свидетельствам в данных и отбросить то, что вы считали доказанным фактом, чтобы принять совершенно новую парадигму, независимо от того, как Поначалу это кажется неправдоподобным.
Потом вы погружаетесь в свою новую парадигму и видите, что она также объясняет другие независимые наблюдения. С научной точки зрения это был сложный и полезный опыт ».
Гипотеза гибридизации сильно влияет на то, как мы интерпретируем происхождение и эволюцию дублированных геномов. Например, нам больше не нужно воображать, что для создания новых функций из дублированных областей генома необходимы массовые и быстрые изменения, поскольку гибридизация объединяет свойства двух родительских линий с первого дня и открывает дверь к новым экологическим и эволюционным возможностям.Возможность «взглянуть» на геномы возрастом 100 миллионов лет теперь позволит нам углубить наши знания о геномах, а также об эволюционных механизмах, ведущих к диверсификации и обретению новых функций. Эта сложная и инновационная работа будет иметь большое значение для того, как мы интерпретируем функциональные и эволюционные последствия дупликации генома.
Он также подчеркивает важность фундаментальных исследований для понимания геномов, эволюции и разнообразия.