За неколико милиона година, паук Дисдера тилосенсис (врста која се налази само на Канарским острвима) постигла је нешто изузетно: скоро је преполовила величину свог генома док се прилагођавала свом острвском окружењу. Упркос овом драматичном смањењу, геном ове врсте није само компактнији, већ садржи и виши ниво генетске разноликости од генома сродних копнених паука.
Објављено у Молекуларна биологија и еволуцијаистраживање је први пут да су научници приметили да животињска врста смањује свој геном за скоро 50% током процеса колонизације океанских острва.
Изазивање дуготрајних еволуционих претпоставки
Традиционално, научници верују да острва која колонизују врсте имају тенденцију да развију веће геноме са више понављајућих ДНК. Ово ново откриће преокреће ту идеју и продубљује дебату о једној од централних мистерија биологије: како и зашто се величина генома мења током еволуције живота.
Истраживање су водили Хулио Розас и Сара Гуирао са Биолошког факултета и Института за истраживање биодиверзитета (ИРБио) Универзитета у Барселони. Први аутор студије, Вадим Писаренко (УБ-ИРБио), радио је са сарадницима са Универзитета Ла Лагуна, Шпанског националног истраживачког савета (ЦСИЦ) и Универзитета у Неушателу у Швајцарској.
Научници су дуго знали да величина генома – укупан број парова ДНК база који садрже генетске инструкције организма – може увелико варирати међу врстама, чак и међу онима сличне сложености. Ова нова студија пружа упечатљив пример тог феномена и сугерише да се еволуција може кретати у неочекиваним правцима.
Еволуциона слагалица на Канарским острвима
Пауци из рода Дисдера претрпели су изузетну диверсификацију на Канарским острвима, региону који се често описује као природна лабораторија за проучавање еволуције у изолацији. Скоро 50 ендемских Дисдера врсте, око 14% свих познатих врста у роду, еволуирале су тамо откако су се острва појавила пре неколико милиона година.
Користећи напредне алате за секвенцирање ДНК, истраживачи су упоредили две блиско повезане врсте: Дисдера цаталоницакоји насељава делове Каталоније и јужне Француске, и Д. тилосенсиспореклом са острва Гран Канарија.
„Врста Д. цаталоница има геном од 3,3 милијарде базних парова (3,3 Гб, слова ДНК), што је скоро двоструко више од врсте Д. тилосенсис (1,7 Гб). Занимљиво је да упркос томе што имају мањи геном, врсте са Канарских острва показују већу генетску разноликост“, објашњава професор Хулио Розас, директор истраживачке групе за еволуциону геномику и биоинформатику на Универзитету у Барселони и члан одбора платформе Биоинформатицс Барцелона (БИБ).
Редак случај смањења генома
Геномско секвенцирање је такође открило то Д. цаталоница има хаплоидни број хромозома од четири аутозома плус један Кс хромозом, док Д. тилосенсис има шест аутозома и један Кс хромозом.
„Смањење величине генома паука Д. тилосенсис, повезано са процесом колонизације Канарског острва, један је од првих документованих случајева драстичног смањења генома коришћењем висококвалитетних референтних генома“, каже професор Хулио Розас, директор истраживачке групе за еволуциону геномику и биоинформатику.
„Овај феномен се сада по први пут детаљно описује за филогенетски блиско сродне животињске врсте“, наставља он.
Трагање за узроцима редукције генома
У таквим еволутивно сличним врстама, које деле слична станишта и исхрану, „разлике у величини генома не могу се лако приписати еколошким факторима или факторима понашања“, каже професорка Сара Гуирао. „Филогенетска анализа – наставља Гуирао – у комбинацији са мерењима проточне цитометрије, открива да је заједнички предак имао велики геном (око 3 Гб). Ово указује да се драстична редукција генома догодила током или након доласка на острва.“
Овај резултат је очигледно парадоксалан из два разлога. С једне стране, иако ређе код животиња, најчешћи образац је повећање величине генома путем дупликација целог генома, „посебно у биљкама, где је појава полиплоидних врста (са вишеструким хромозомима) уобичајена. Насупрот томе, тако оштра смањења величине генома у релативно кратком временском периоду су много ређа“, каже Гуирао.
Друго, налази су у супротности са теоријама које тврде да, на острвима, ефекат оснивача – процес колонизације од стране малог броја појединаца – доводи до смањења селективног притиска и, као резултат, геноми треба да буду већи и богатији елементима који се понављају.
„У студији смо приметили супротно: острвске врсте имају мање, компактније геноме са већом генетском разноврсношћу“, каже докторант Вадим Писаренко. Овај образац сугерише присуство неприлагодљивих механизама, „при чему би популације на Канарским острвима остале релативно бројне и стабилне дуго времена. То би омогућило одржавање снажног селективног притиска и, као последицу, елиминисање непотребне ДНК“, каже Писаренко.
Бацање светла на геномске мистерије еволуције
Остаје нејасно зашто неке врсте акумулирају велике количине понављајуће ДНК, док друге развијају модернизоване геноме. Налази би могли помоћи да се објасни ова дугогодишња енигма у еволуционој биологији.
Неки научници предлажу да промене величине генома одражавају директну адаптацију на животну средину. Други тврде да су ове промене резултат равнотеже између акумулације репетитивних елемената (као што су транспозони) и њиховог уклањања природном селекцијом.
„Ова студија подржава идеју да, уместо директне адаптације, величина генома код ових врста зависи првенствено од равнотеже између акумулације и уклањања ове репетитивне ДНК“, закључују истраживачи.
