Атласская голубянка (Polyommatus atlantica) официально подтверждена как многоклеточное животное с самым большим числом хромосом в мире. Эта бабочка имеет 229 пар хромосом, тогда как многие ее близкие родственники обладают всего 23 или 24 парами.
Исследователи из Института Сэнгера и Института эволюционной биологии (IBE: CSIC-UPF) в Барселоне выяснили, что столь экстремальное количество хромосом стало результатом их расщепления, а не дублирования, произошедшего в течение миллионов лет. Первое в истории секвенирование генома этой бабочки, о котором сообщается 10 сентября в журнале Current Biology, позволяет ученым начать изучать эволюционные причины данного уникального явления.
Изучение процессов изменения числа хромосом у различных видов может иметь важное значение для исследования рака, поскольку хромосомные перестройки также наблюдаются в раковых клетках человека. Созданный экспертами эталонный референсный геном атласской голубянки дает возможность сравнивать его с геномами других бабочек и мотыльков, углубляя наше понимание того, как виды формируются и изменяются со временем.
Эволюцию и образование новых видов, происходящие на протяжении миллионов лет, сложно изучать непосредственно. Однако анализ ДНК позволяет ученым сравнивать гены и признаки внутри семейства, чтобы понять, какие из них сохранились, а какие были утрачены, и делать обоснованные предположения о причинах этих изменений. Генетическая история вида также помогает прогнозировать его будущее, например, предвидеть реакцию на повышение глобальной температуры и выявлять механизмы защиты. Эти знания могут быть использованы в природоохранных мероприятиях и в исследованиях по созданию более устойчивых сельскохозяйственных культур.
Атласская голубянка обитает в горных районах Марокко и северо-восточного Алжира. Хотя ее и подозревали в наличии наибольшего количества хромосом среди животных, только сейчас секвенирование генома окончательно подтвердило этот факт. Для сравнения, ее близкий родственник, обыкновенная голубянка, широко распространенная в Великобритании, имеет 24 хромосомы.
Считается, что изменения в числе хромосом способствуют образованию новых видов и помогают им адаптироваться к окружающей среде. Группа, к которой относится атласская голубянка, содержит множество близкородственных видов, эволюционировавших за короткий промежуток времени.
В ходе нового исследования команда обнаружила, что хромосомы расщеплялись в тех местах, где ДНК менее плотно скручена. Это означает, что общее количество генетической информации оставалось примерно тем же, но она была упакована в более мелкие сегменты. Все хромосомы, за исключением половых, были разрезаны. Исследователи предполагают, что это привело к увеличению числа хромосом с 24 до 229 примерно за три миллиона лет – относительно короткий срок по эволюционным меркам.
Обычно предполагается, что подобные экстремальные хромосомные изменения негативны. Однако атласская голубянка эволюционировала и выживала на протяжении миллионов лет, демонстрируя успешность такой стратегии. Только сейчас, из-за изменения климата и антропогенного воздействия на окружающую среду, такого как уничтожение кедровых лесов и чрезмерный выпас скота, ее популяции находятся под угрозой.
Это исследование поднимает множество вопросов, которые еще предстоит решить. Расщепление хромосом может способствовать увеличению генетического разнообразия, позволяя более частое перетасовывание частей генома, или давать другие пока неизвестные преимущества. Хотя это может помочь бабочкам быстро адаптироваться, виды со множеством хромосом также могут столкнуться с проблемами из-за дополнительной сложности, что потенциально делает их более уязвимыми к вымиранию со временем. Дальнейшие исследования и сравнения с другими бабочками помогут выяснить, какие гены были утрачены или сохранены, предоставляя больше информации о биологии бабочек и углубляя наше понимание эволюции.
Перестройки хромосом также происходят при развитии рака у человека, поэтому изучение этих процессов в ДНК атласской голубянки может привести к новым открытиям в области здравоохранения и указать на возможные пути ограничения или остановки этого явления в раковых клетках.
Как отметил доктор Роджер Вила, ведущий автор исследования из Института эволюционной биологии: «Расщепление хромосом наблюдалось у других видов бабочек, но не на таком уровне, что указывает на важные причины этого процесса, которые мы теперь можем начать исследовать. Кроме того, поскольку хромосомы хранят все секреты вида, изучение того, влияют ли эти изменения на поведение бабочки, поможет составить полную картину того, как и почему возникают новые виды».
Доктор Шарлотта Райт, первый автор работы из Института Сэнгера, подчеркнула: «Когда мы приступили к изучению эволюции бабочек, мы знали, что должны секвенировать самую экстремальную и в некотором роде загадочную атласскую голубянку. Благодаря Роджеру Виле, который ранее работал со своим коллегой над поиском и идентификацией этой неуловимой бабочки, мы смогли секвенировать этот вид, что подчеркивает совместный характер науки. Возможность детально увидеть, как хромосомы атласской голубянки расщеплялись со временем в определенных местах, позволяет нам начать исследовать, какие преимущества это может давать, как это влияет на их способность адаптироваться к окружающей среде, и можем ли мы извлечь уроки из их ДНК, которые могут помочь в сохранении видов в будущем».
По словам профессора Марка Блэкстера, также ведущего автора из Института Сэнгера: «Геномы являются ключом к пониманию того, как существо появилось, а также к тому, куда оно может двигаться в будущем. Чтобы рассказать историю нашей планеты, мы должны знать историю каждого вида и видеть, как они пересекаются и взаимодействуют друг с другом. Это также позволяет нам применять знания от одного генома к другому. Например, перестройки хромосом также наблюдаются в раковых клетках человека, и понимание этого процесса у атласской голубянки может помочь найти способы ограничить или остановить его в раковых клетках в будущем».
Данное исследование было профинансировано фондом Wellcome. Полный список благодарностей доступен в оригинальной публикации.
