Die Evolution ist traditionell mit einem Prozess der Erhöhung der Komplexität und des Erwerbs neuer Gene verbunden. Die Explosion der genomischen Ära zeigt jedoch, dass Genverlust und Vereinfachung ein viel häufigerer Prozess bei der Entwicklung von Arten als bisher angenommen sind, und kann neue biologische Anpassungen bevorzugen, die das Überleben lebender Organismen erleichtern.
Dieser evolutionäre Treiber, der kontraintuitiv erscheint-„weniger ist“ in genetischer Begriffe mehr „-, zeigt nun eine überraschende Dimension, die auf das neue evolutionäre Konzept von“ weniger, aber mehr „reagiert, dh das Phänomen der massiven Genverluste, gefolgt von großem, gefolgt von groß Erweiterungen durch Gen -Duplikationen.
Dies ist eine der wichtigsten Schlussfolgerungen eines Artikels veröffentlicht in der Zeitschrift Molekularbiologie und Evolutionangeführt von einem Team der Genetikabteilung der Fakultät für Biologie und des Instituts für Forschungsergebnisse zur Biodiversität (Irbio) der University of Barcelona, an dem ebenfalls Teams des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) teilgenommen haben.
Das Papier identifiziert neue evolutionäre Muster und skizziert ein neues Szenario, das durch das enorme Potenzial für genetische Veränderungen und evolutionäre Anpassungen gekennzeichnet ist, die durch einen groß angelegten Genverlust und die Duplikation in lebenden Organismen angetrieben werden.
Weniger, aber mehr: ein neues evolutionäres Szenario
Es gibt immer noch viele Fragen zu den Auswirkungen des Genverlusts auf die Diversifizierung von Arten und die Entstehung evolutionärer Innovationen im Planetenbaum des Lebens.
„Genverlust ist ein weit verbreiteter Mechanismus im gesamten biologischen Maßstab und stellt eine evolutionäre treibende Kraft dar, die genetische Variabilität und auch biologische Anpassungen erzeugen kann, und dies wurde traditionell als“ weniger „-Hypothese bezeichnet“, sagt Cristian Cañestro, Führer der Studie und Mitglied der konsolidierten Forschungsgruppe der UB für Evolution und Entwicklung (EVO-Devo) des UB-Abteilung für Genetik, Mikrobiologie und Statistik.
Jetzt beschreibt das Papier einen neuen evolutionären Rahmen, der als „weniger, aber mehr“ bezeichnet wird, das das Vorgängermodell hinsichtlich der Bedeutung des Genverlusts als evolutionäre treibende Kraft erweitert.
Diese Studie, die Teil der Doktorarbeit von Gaspar Sánchez-Serna ist, konzentriert sich auf die Untersuchung des Genoms der Oikopleura Dioica-Arten, eines schwimmenden Organismus des marinen Zooplanktons, der zu den Tunikaten gehört-eine Schwestergruppe von Wirbelern-und ist phylogenetisch miteinander verbunden zur evolutionären Geschichte. In diesem Studienmodell rekonstruierte das Team die Evolutionsgeschichte des Fibroblast-Wachstumsfaktors (FGF), die für den Entwicklungsprozess von Organismen von entscheidender Bedeutung sind.
„Die Ergebnisse legen nahe, dass der Prozess des GF -Verlustes die Anzahl der FGF -Wachstumsfaktor -Genfamilien von acht auf nur zwei verringert, was die FGF9/16/20- und FGF11/12/13/14 -Familien sind. Diese überlebenden Unterfamilien haben sich gegenüber dem verdoppelt Evolutionskurs, um insgesamt 10 Gene in Appendicularians zu erzeugen „, erklärt Sánchez-Serna, Erstautor des Papiers.
„Insbesondere können FGF9/16/20 und FGF11/12/13/14 eine minimale Reihe von Unterfamilien darstellen, die sekretorische und intrazelluläre Funktionen erhalten haben, und wichtige Informationen über die Entwicklung des FGF -Systems aufzeigen“, fährt er fort.
Vom sitzenden Leben bis zum aktiven Schwimmen
Die Studie bietet eine neue Perspektive auf die Entwicklung von FGF -Unterfamilien in der Chordate -Gruppe mit massiven Verlusten und Duplikationen von Genfamilien der Stamme, die an der Basis der appendikulären Linie stammen, nachdem sie von den Ascidianern abgeschieden wurden. Alle diese Veränderungen haben zu morphologischer Divergenz zwischen verschiedenen Arten freilebender Tunikate wie O. dioica beigetragen.
„Unsere Studie präsentiert eine neue Hypothese darüber, wie FGF-Genverluste und -dopplikationen mit Entwicklungsveränderungen zusammenhängen können. Wir sprechen über evolutionäre Innovationen-Changes in Morphology und Körperplan usw.-, die die Entwicklung von dem asssile-ähnlichen Lebensstil zum Lob Freilebende, aktiv schwimmende Formen wie Appendicularians “, sagt Sánchez-Serna.
Die Studie identifiziert auch Unterschiede in der Struktur der FGF -Gene von O. dioica aus verschiedenen Teilen der Welt und liefert den ersten molekularen Beweis dafür, wie sich diese sich schnell entwickelnden Populationen zu kryptischen Arten werden (dh aus Organismen, die in Morphologie und Genom sehr ähnlich sind die bisher in derselben Spezies klassifiziert wurden).
Das „weniger, aber“ evolutionäre Modell „hilft uns zu verstehen, wie manchmal das Verlust neuer Möglichkeiten für nachfolgende Gewinne eröffnet, und daher sind Verluste erforderlich, um den evolutionären Ursprung neuer Anpassungen zu bevorzugen“, schließt Cañestro.
Weitere Informationen:
Gaspar Sánchez-Serna et al. Molekularbiologie und Evolution (2024). Doi: 10.1093/molbev/msae260