Ein Team unter der Leitung von Biologen der University of Texas in Arlington hat eine Studie veröffentlicht, die die Theorie stützt, dass Arten, die sich asexuell fortpflanzen, schädlichere genetische Mutationen aufweisen als solche, die sich der sexuellen Fortpflanzung bedienen.
Jose Maldonado, ein UTA-Doktorand in Biologie, ist Hauptautor des neuen Artikels mit dem Titel „Parthenogenesis verdoppelt die Rate der Aminosäuresubstitution in Whiptail-Mitochondrien“. Es erschien im Mai in Evolutiondas Flaggschiff der Zeitschrift für Evolutionsbiologie.
Zu den Co-Autoren gehört TJ Firneno, ein Postdoktorand an der University of Denver, der seinen Ph.D. von UTA im Jahr 2020; Alexander Hall, ein Produktanwendungsspezialist bei Thermo Fisher Scientific, der einen Ph.D. von UTA im Jahr 2016; und Matt Fujita, außerordentlicher Professor für Biologie an der UTA, der Maldonados Fakultätsberater ist und zuvor in derselben Rolle für Firneno und Hall tätig war.
Die Parthenogenese ist eine natürliche Form der asexuellen Fortpflanzung, bei der das Wachstum und die Entwicklung von Embryonen ohne Befruchtung durch Spermien erfolgen. Es wird allgemein angenommen, dass die sexuelle Fortpflanzung zu weniger schädlichen genetischen Mutationen führt als die asexuelle Fortpflanzung.
In ihrer neuen Studie testeten Maldonado und seine Co-Autoren diese Theorie, indem sie Aspidoscelis, eine Gattung von Peitschenschwanzechsen, untersuchten. Aufgrund ihrer großen Häufigkeit und Verbreitung im Südwesten der Vereinigten Staaten und im Norden Mexikos sind diese Reptilien ein hervorragendes Modellsystem, um die grundlegenden zellulären Mechanismen der Parthenogenese und die genomischen Folgen der Asexualität zu untersuchen.
Das Team verwendete Daten des gesamten mitochondrialen Genoms von asexuellen und sexuellen Peitschenschwanzechsen, um ihre Vorhersage zu untersuchen, dass parthenogenetische Abstammungslinien Mutationen schneller anhäufen als sexuelle Abstammungslinien.
„Unsere Studie zeigt, dass auf den Übergang von Peitschenschwanzechsen von der sexuellen zur asexuellen Fortpflanzung die Anhäufung schädlicher Mutationen im mitochondrialen Genom folgt“, sagte Maldonado. „Wenn Asexuelle mehr schädliche Mutationen anhäufen als ihre sexuellen Gegenstücke, wie unsere Ergebnisse zeigen, könnte dies erklären, warum asexuelle Fortpflanzung in der Natur selten ist und warum Sex die dominierende Form der Fortpflanzung in der natürlichen Welt ist.“
Das Team beprobte mehrere Populationen sowohl asexueller als auch sexueller Peitschenschwanzarten im Südwesten der Vereinigten Staaten und erhielt zusätzliche Gewebeproben aus Sammlungen des Burke Museum of Natural History and Culture in Seattle und des American Museum of Natural History in New York City.
Ihre Forschung zeigte, dass der Übergang zur Asexualität zu einer entspannten natürlichen Selektion bei parthenogenetischen Eidechsen und zum Aufbau nicht-synonymer Mutationen führte, die die Proteinsequenzen eines Gens verändern und häufig der natürlichen Selektion unterliegen. Dies stützt frühere theoretische Vorhersagen, dass „der Verlust des Geschlechts aufgrund einer Verringerung der Effizienz der reinigenden Selektion zu einem irreversiblen Aufbau schädlicher Mutationen führen sollte und Sex die Entfernung schädlicher Mutationen erleichtert“, schrieben sie.
„Das wichtigste Ergebnis unserer Studie ist, dass asexuelle Wirbeltiere, oder zumindest diese Echsen, viel häufiger Aminosäuresubstitutionen anhäufen, die potenziell schädlich für den Organismus sein könnten, als sexuelle Arten“, sagte Firneno. „Das ist wichtig, weil es ein Paradoxon gibt, dass es viel kostspieliger ist, sich sexuell fortzupflanzen, aber dass es die durchdringende Form der Fortpflanzung ist.“
Jose A. Maldonado et al, Parthenogenesis verdoppelt die Rate der Aminosäuresubstitution in Whiptail-Mitochondrien, Evolution (2022). DOI: 10.1111/evo.14509