У одного и того же вида бабочек может встречаться множество различных рисунков крыльев. Как это возможно? По словам исследователей Бена Вилстры и Эммы Бердан из Института биологии Лейдена (IBL), ответ лежит в супергенах. Суперген — часть хромосомы, содержащая множество сильно сцепленных генов. Вместе эти гены составляют основу сложных признаков у растений и животных.
«Идея супергенов относительно стара. Только сейчас, с современными методами ДНК, мы можем правильно их картировать. Недавно стало ясно, что супергены встречаются гораздо чаще, чем считалось ранее», — говорит Вилстра.
Что такое супергены?
«Супергены — это части хромосом, содержащие несколько генов, которые наследуются как единое целое», — объясняет Вилстра. Что делает супергены замечательными, так это отсутствие рекомбинации . Рекомбинация — это перетасовка генетической информации двух родителей таким образом, что потомство получает уникальный набор хромосом. «Поскольку внутри супергенов не происходит рекомбинации, все гены в нем развиваются вместе как единое целое. Это позволяет различным версиям супергенов возникать внутри вида, что приводит к значительным различиям во внешнем виде и поведении».
Супергены могут возникать по-разному.
«Есть области в геноме, где рекомбинация естественным образом происходит реже. В то же время рекомбинация также может быть остановлена, когда, например, изменяется структура генома».
Известным примером этого является инверсия. Часть хромосомы обрывается и переворачивается, так что порядок генов уже не соответствует исходному. В этом случае рекомбинация становится невозможной.
Ерш как пример
Наличие супергенов приводит к большей изменчивости внутри вида.
«Мой любимый пример — ерш. У этих птиц супергены гарантируют, что у самцов вокруг головы либо темные, либо белые перья. Есть также самцы, у которых вообще не развивается воротник из перьев, и они выглядят как самки. Эти три типа самцов ершей не только отличаются друг от друга внешне, но и ведут себя по-разному во время брачного периода», — говорит Вилстра.
Дает ли это эволюционное преимущество?
«Иногда. С одной стороны, разнообразие внутри вида полезно. Оно позволяет видам переключаться между разными стратегиями выживания», — объясняет Вилстра.
По его словам, этому процессу могут способствовать супергены. Но не без цены.
«Без рекомбинации могут быстро накапливаться вредные мутации». У хохлатого тритона, которого исследовали Вилстра и Бердан, накопление мутаций в одном супергене привело к тому, что половина яиц саламандры стала нежизнеспособной. «Этот суперген можно рассматривать как крайний пример наследственного заболевания», — говорит Вилстра.
«Супергены горячие»
Изучая эволюцию супергенов, исследователи надеются лучше понять происхождение наследственных заболеваний. Также в людях.
«Супергены популярны. По этой теме проводится больше исследований, чем когда-либо прежде. Поэтому мы продолжаем находить все больше и больше примеров, когда большие различия в поведении и внешнем виде зависят от одного супергена».
В специальном выпуске о супергенах Вилстра и Бердан надеются дать хороший обзор текущего состояния исследований в этой области.
Вилстра говорит: «Теперь мы знаем, что супергены встречаются часто. Следующий шаг — выяснить, как именно они возникают».
