Замороженный фрагмент генома переписывает понимание эволюции птиц
Огромный метеор стал гибелью для большинства динозавров 65 миллионов лет назад. Но не все. После вымирания птицы – технически динозавры – процветали.
Ученые потратили столетия, пытаясь организовать и отсортировать около 10 000 видов птиц в одно четкое генеалогическое древо, чтобы понять, как последние выжившие динозавры заполнили небо. Дешевое секвенирование ДНК должно было бы сделать это простым, как это произошло с бесчисленным множеством других видов. Но птицы были готовы обмануть нас.
В двух новых исследовательских работах ученые показывают, что другое событие, произошедшее 65 миллионов лет назад, ввело их в заблуждение относительно истинной семейной истории птиц. Они обнаружили, что участок одной хромосомы был заморожен во времени на миллионы лет и отказался смешиваться с близлежащей ДНК, как это должно было произойти.
Этот участок, составляющий всего 2% генома птиц, убедил учёных, что большинство птиц можно разделить на две основные категории: фламинго и голуби — эволюционные родственники. Более точное генеалогическое древо, учитывающее вводящий в заблуждение участок генома, выделяет четыре основные группы и идентифицирует фламинго и голубей как более отдаленных родственников.
«Моя лаборатория занимается проблемой эволюции птиц дольше, чем мне хотелось бы думать», — сказал старший автор исследования профессор Эдвард Браун из Университета Флориды. Его статья была опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. «Мы понятия не имели, что большой участок генома будет вести себя необычно. Мы как бы наткнулись на него».
Браун руководил международной командой сотрудников во главе с Сиавашем Мирарабом, профессором компьютерной инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, чтобы опубликовать доказательства того, что этот липкий кусок ДНК исказил истинную историю эволюции птиц. Мирараб и Браун также внесли свой вклад в сопроводительную статью, опубликованную в журнале Nature, в которой описывается обновленное генеалогическое древо птиц, которую возглавлял Джозефин Стиллер из Копенгагенского университета.
Десять лет назад Браун и его коллеги составили генеалогическое древо неавов, группы, включающей подавляющее большинство видов птиц. Основываясь на геномах 48 видов, они разделили неавов на две большие категории: голуби и фламинго в одну группу, все остальные — в другую. При повторении аналогичного анализа в этом году с использованием 363 видов возникло другое генеалогическое древо, разделившее голубей и фламинго на две отдельные группы.
Имея в руках два взаимоисключающих генеалогических древа, ученые отправились на поиски объяснений, которые могли бы подсказать им, какое дерево правильное.
«Когда мы посмотрели на отдельные гены и на то, какое дерево они поддерживают, внезапно выяснилось, что все гены, поддерживающие старое дерево, находятся в одном месте. Вот с чего все началось», — сказал Браун.
Исследуя это место, команда Брауна заметила, что оно не так перемешано, как должно было быть за миллионы лет полового размножения. Как и люди, птицы объединяют гены отца и матери в следующем поколении. Но и птицы, и люди сначала смешивают гены, унаследованные от родителей, при создании спермы и яйцеклеток. Этот процесс называется рекомбинацией, и он максимизирует генетическое разнообразие вида, гарантируя, что ни один из двух братьев и сестер не будет совершенно одинаковым.
Команда Брауна обнаружила доказательства того, что один участок одной птичьей хромосомы подавлял этот процесс рекомбинации в течение нескольких миллионов лет, примерно в то время, когда исчезли динозавры. Неясно, связаны ли событие вымирания и геномные аномалии.
В результате в этом куске замороженной ДНК фламинго и голуби выглядели похожими друг на друга. Но принимая во внимание полный геном, стало ясно, что эти две группы более отдаленно связаны.
«Что удивительно, так это то, что этот период подавленной рекомбинации может ввести анализ в заблуждение», — сказал Браун. «И поскольку это могло ввести в заблуждение анализ, на самом деле его можно было обнаружить более чем через 60 миллионов лет. Это самое интересное».
Подобная загадка может скрываться и в геномах других организмов.
«Мы обнаружили эту вводящую в заблуждение область у птиц, потому что вложили много энергии в секвенирование геномов птиц», — сказал Браун. «Я думаю, что есть подобные случаи и для других видов, о которых сейчас просто неизвестно».