Мікробам – горизонтальний перенос, вищим організмам – статеве розмноження

Розглянуті приклади говорять про користь схрещування і перемішування генів при статевому розмноженні. Але у бактерій і архей замість справжнього амфіміксіса працює горизонтальний перенос. Чи буде секс і в цьому випадку виконувати ту ж функцію – швидко пристосовувати організми до змінених умов? Якщо це так, то ГПГ у мікробів повинне бути дуже широко поширений і практикуватися не тільки між популяціями, але головним чином між особинами однієї популяції. Корисний аллель, який легко запозичити, швидше за все, виявиться у близької побратима.
Традиційно переважала точка зору, що відбір у бактерій все-таки в основному клональний, що діє на рівні цілих геномів. Це означає, що ГПГ не відіграє суттєвої ролі в повсякденних “спробах” прокаріот пристосуватися до мінливої ​​середовищі. Ця гіпотеза тепер, при нинішньому розвитку біотехнологій, легко перевірювана. Така праця взяли на себе біологи з Массачусетського технологічного інституту: вони показали, що традиційна точка зору невірна або вірна лише частково і що в своїй повсякденній мінливої ​​життя мікроби то й справа запозичують гени у своїх найближчих родичів – інших мікробів тієї ж популяції (Shapiro et al., 2012).
Біологи працювали з двома популяціями морських планктонних бактерій Vibrio cyclitrophicus. Ці популяції, що позначаються буквами L і S, знаходяться в процесі адаптації до різних екологічних нішах: частина бактерій приурочена до великих (L), а інша – до дрібних (S) часткам, відфільтрованим з морської води. Результати генетичного аналізу говорять про те, що розійшлися вони недавно (Hunt et al., 2008). Мабуть, популяції L і S пристосовуються до життя на різних представниках зоо – або фітопланктону [41].
Автори вирішили з’ясувати, який з двох процесів переважає на початкових етапах екологічної диференціації – відбір окремих генів з вдалими мутаціями, які поширюються за рахунок ГПГ, або клональний відбір, який працює з цілими геномами.
Розрізнити ці дві ситуації можна, порівнявши внутрішньо – і межпопуляціонних генетичний поліморфізм (варіабельність) досліджуваних популяцій. Якщо переважає відбір на рівні генів, дві популяції повинні чітко відрізнятися один від одного по невеликому числу генів – тих, від яких залежать екологічні властивості популяцій. При цьому розрізняються ділянки геному повинні мати знижений рівень внутріпопуляціонного поліморфізму хоча б в одній з двох популяцій. Адже на кожен такий ділянку діяв відбір, який підтримував якийсь один варіант цієї ділянки, витісняючи з генофонду інші його варіанти (див. Розділ “Сліди природного відбору” в розділі 2). Навпаки, ті ділянки геному, які у двох популяцій подібні, повинні бути більш поліморфними в межах кожної популяції, причому набори варіантів (алелей) можуть бути однаковими в двох популяціях. Адже відбір, пов’язаний з пристосуванням до нової ніші, на них не діяв і вони могли зберегти вихідний поліморфізм, накопичений предками.
Якщо ж у процесі розбіжності популяцій переважав клональний відбір, то і рівень поліморфізму, і генетичні відмінності між популяціями повинні бути розподілені по геному більш рівномірно.
Автори отсеквеніровалі геноми 13 бактерій з популяції L і семи особин з популяції S. Порівняння геномів підтвердило першу версію: в недавній еволюції двох бактеріальних популяцій явно переважав відбір на рівні окремих генів. Отже, мав місце інтенсивний ГПГ між спорідненими мікробами. Ось деякі факти, на яких грунтується такий висновок.
Виявлено 725 нуклеотидних позицій, в яких у мікробів L завжди стоїть якийсь один нуклеотид, а у мікробів S – інший. Ці 725 позицій назвали “екосніпамі” (ecoSNPs [42]), оскільки саме вони, швидше за все, відповідають за пристосування до различающимся умовам. Екосніпи не розвіяні по геному хаотично, а згруповані в 11 кластерів. Усередині кожного кластера хоча б у однієї з двох популяцій спостерігається знижений рівень поліморфізму, що свідчить про недавньому дії позитивного відбору.
Всі інші SNP (поліморфні нуклеотидні позиції), в числі 28 744 штук, рівномірно розсіяні по геному і варіюють схожим чином і у L-екотіпа, і у S-екотіпа. Наприклад, в якійсь позиції нуклеотид Ц може стояти біля шести, а нуклеотид Р – у семи бактерій L, тоді як в популяції S нуклеотид Ц виявлений у трьох бактерій, а Г – у чотирьох.
Це відповідає припущенню про те, що відбір у поєднанні з ГПГ поширював окремі ділянки ДНК з вдалими мутаціями, а не цілі геноми. При цьому в інших ділянках генома зберігався вихідний поліморфізм, наявний у предкової популяції.
Інший важливий висновок полягає в тому, що генетичний обмін між популяціями останнім часом відбувається рідко в порівнянні з обміном всередині популяцій. У минулому, коли популяції ще не остаточно розійшлися по екологічних нішах, межпопуляціонних обмін відбувався частіше.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 4.00 out of 5)

Мікробам – горизонтальний перенос, вищим організмам – статеве розмноження