Исследователи из Университета Макмастера обнаружили восемь различных половых хромосом у 11 видов африканских шпорцевых лягушек, обнаружив удивительное генетическое разнообразие. Исследование показало, что эти хромосомы расположены в областях генома с высокой генетической рекомбинацией, что бросает вызов существующим теориям об эволюции генов, определяющих пол. Исследование показывает, как ключевые биологические черты, такие как половая дифференциация, могут быстро развиваться благодаря новым генам.
Исследователи из Университета Макмастера обнаружили удивительное генетическое разнообразие у африканской шпорцевой лягушки, одной из наиболее широко изученных амфибий в мире.
С помощью анализа генома ученые обнаружили 8 различных половых хромосом у 11 видов лягушек. Многие из этих хромосом могут нести недавно возникшие гены, ответственные за развитие мужского или женского пола.
До этого исследования исследователи знали только, что у этого вида есть три половые хромосомы, что было революционным открытием в области генетической эволюции.
«У этих лягушек мы обнаружили необычайные различия даже среди близкородственных видов, что позволило нам изучить, как быстро развивалось что-то важное, например определение пола», — сказал Бен Эванс, профессор кафедры биологии Университета Макмастера и ведущий автор нового исследования в журнале «Молекулярная биология и эволюция». Эванс проводил работу вместе с коллегами из Чехии, Франции, США и Южной Африки.
Африканская шпорцевая лягушка используется в качестве модельного организма для биологических исследований из-за ее тесного эволюционного родства с человеком, а поскольку раннее развитие происходит извне, фундаментальные процессы можно легко наблюдать и манипулировать ими.
Эта лягушка обитает в Африке к югу от Сахары в медленно текущей или стоячей воде. Они известны своим плоским телом, голосовыми органами, издающими звуки под водой, и когтями на первых трех пальцах задних лап, которыми они измельчают пищу.
В этом исследовании ученые определили расположение вновь обнаруженных половых хромосом, чем еще больше удивили их.
Преобладающая теория состоит в том, что гены, определяющие пол, обычно встречаются в областях генома, где уровень рекомбинации низок — обмен генетическим материалом от одного родителя к другому создает новое сочетание признаков у потомства.
Вместо этого они обнаружили, что эти недавно появившиеся гены почти повсеместно расположены в регионах с высокими показателями генетической рекомбинации, что поднимает вопросы о том, как и почему генетическая основа очень важных биологических признаков, таких как половая дифференциация, развивается так быстро, и как возникают новые гены и генетические функции.
«Если вы проведете тот же тест на некоторых более старых группах, например, на большинстве млекопитающих или всех птицах, вы обнаружите, что все они имеют одинаковые половые хромосомы», — объясняет Эванс. «Но эта группа лягушек – в отличие от них – невероятно разнообразна».
«Вполне вероятно, что новые гены появлялись у этих лягушек несколько раз, чтобы управлять половой дифференциацией, действуя как «переключатель» или «переключатель пола» на вершине каскада развития», — сказал он.
В 2015 году группа под руководством Эванса, который изучает африканских шпорцевых лягушек более 20 лет, обнаружила шесть новых видов и добавила еще один вид обратно в список известных видов, предоставив основополагающую информацию для текущего исследования.
Составлено из /ScitechDaily