Секвенирован геном бесполого червя, который 18 млн лет клонировал себя

«Полный долгосрочный отказ от полового размножения очень редко встречается в живой природе, и мы пытались понять, как некоторым животным удается выживать на протяжении миллионов лет, размножаясь исключительно бесполым путем», — заявил соавтор статьи, профессор биологии Нью-Йоркского университета Дэвид Фитч. По его словам, этот феномен очень важен для понимания эволюционной генетики, поскольку он противоречит общепринятому мнению о необходимости полового размножения для устранения вредных мутаций и выработки адаптаций к изменчивой окружающей среде.

В большинстве случаев животные наследуют копии генов обоих родителей: это своеобразный страховой полис, предотвращающий накопление мутаций, которые могут оказаться вредными. Данное явление известно как комплементация. «В долгосрочной перспективе половое размножение позволяет адаптироваться к изменяющимся условиям среды, потому что оно производит новые генетические вариации посредством перетасовки генов (рекомбинации), — объясняет Фитч. — Однако виды, отказавшиеся от полового размножения, неспособны к рекомбинации, так что они, как правило, быстро вымирают. Тот факт, что некоторые бесполые организмы выживают на протяжении многих поколений — давняя биологическая загадка».

Червь Diploscapter pachys, геном которого был недавно сквенирован — это небольшой, прозрачный, бесполый, круглый червь (нематода). Использование ДНК позволило построить генеалогическое древо D. pachys и показать, что он возник примерно 18 миллионов лет назад как часть группы исключительно бесполых видов.

В ходе подробных исследований воспроизводства D. pachys было обнаружено, что, как и у других бесполых организмов, процесс создания половых клеток был модифицирован для предотвращения рекомбинации, а ответственные за нее гены были утрачены. Животные фактически клонировали сами себя. Кроме того, ученые с удивлением обнаружили, что клетки D. pachys содержат только одну пару хромосом. Виды с единственной парой хромосом чрезвычайно редки среди высших организмов — до настоящего времени было известно лишь два аналогичных примера. Даже ближайшие родственники исследованной нематоды, например, C. elegans, имеют от 5 до 7 хромосом.

Следующим шагом исследователей была секвенирование генома D. pachys. Они стремились изучить структуру одиночной хромосомы, чтобы выяснить, возникла ли она в результате комбинации нескольких хромосом, или же остальные хромосомы были просто утеряны. Было обнаружено, что D. pachys исключил из жизненного цикла мейоз — процесс, необходимый для производства гамет, в результате которого происходит рекомбинация, а количество хромосом сокращается вдвое. Вместо этого червь соединяет шесть предковых хромосом в единую структуру, поддерживая высокое генетическое разнообразие бесполым путем.

Профессор Фитч полагает, что тайна эволюционного долголетия D. pachys по большей части решена. «Вид преодолевает недостатки бесполого размножения, сохраняя и дополняя генетическую вариативность. Звучит парадоксально, но это достигается за счет отказа от рекомбинации между копиями генов. Если бы она сохранилась, различия между копиями генов могли быть потеряны», — говорит он.

Дальнейшие исследования помогут глубже понять бесполое размножения и, возможно, окажут влияние на будущую судьбу человечества. Подобные работы позволят создавать клонов, которые будут выживать на протяжении многих поколений, не рискуя оказаться в эволюционном тупике и исчезнуть.

Ученые секвенируют геном 8000 вымирающих видов животных. Генетическая информация расскажет исследователям о многом, например, есть ли в геноме вымирающего животного мутации, которые сделали его уязвимым перед какими-то токсинами, что уничтожают целый вид. Или даст больше информации о том, как разнообразность генома влияет на выживаемость вида. В любом случае это очень важный проект. В теории, имеющийся геном можно будет использовать даже для возрождения погибших видов.