Что такое супергены и как они делают животных такими странными?

В ходе нового исследования ученые выяснили, что супергены встречаются гораздо чаще, чем считалось ранее. Специальный выпуск о супергенах опубликован в научном журнале the Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. «Хайтек» рассказывает главное.

У одного и того же вида бабочек могут наблюдаться различные рисунки крыльев. Как это возможно? По словам исследователей Бена Вельстры и Эммы Бердан из Института биологии Лейдена, ответ кроется в супергенах. Суперген — это часть хромосомы, которая содержит много сильно связанных генов. Вместе они формируют основу для сложных признаков у растений и животных и делают их такими странными на вид.

Идея супергенов относительно стара. Только теперь, с помощью современных методов анализа ДНК, их можно правильно отобразить.

Что такое супергены?

Супергены — это части хромосом, которые содержат несколько генов, наследующихся как единое целое. Что делает супергены такими особенными, так это отсутствие рекомбинации. Рекомбинация — это перетасовка генетической информации двух родителей таким образом, чтобы потомство получило уникальный набор хромосом. Поскольку внутри супергена нет рекомбинации, гены внутри него эволюционируют вместе, как единое целое. Это позволяет различным версиям супергенов возникать внутри вида. В итоге это приводит к появлению серьезных различий во внешнем виде и поведении животных.

Как появляются супергены?

Супергены могут возникать по-разному. В геноме есть области, где рекомбинация естественным образом происходит реже. В то же время рекомбинацию можно остановить, когда, например, изменяется структура генома. Хорошо известный пример — инверсия или хромосомная перестройка, при которой происходит поворот участка хромосомы на 180°. Часть хромосомы отламывается и меняется на противоположную, так что порядок генов больше не соответствует исходному. Тогда рекомбинация уже невозможна.

Как в природе появляются супергены?

Присутствие супергенов приводит к большей вариабельности внутри вида. Например, это заметно у турухтанов. Супергены у этих птиц приводят к тому, что у самцов либо темные, либо белые перья вокруг головы. Есть также самцы, у которых вообще не развивается воротник из перьев и которые выглядят как самки. Эти три типа самцов турухтанов не только отличаются друг от друга по внешнему виду, но и ведут себя по-разному во время брачного сезона.

Дают ли супергены эволюционное преимущество?

Иногда. Это позволяет видам переключаться между различными стратегиями выживания. Супергены могут облегчить этот процесс. Но у всего есть цена. Без рекомбинации вредные мутации могут быстро накапливаться. Например, у хохлатого тритона, которого исследовали Вельстра и Бердан, накопление мутаций в одном супергене привело к тому, что половина яиц саламандры оказалась нежизнеспособной. Этот суперген можно рассматривать как очень экстремальный пример наследственного заболевания.

Зачем изучать супергены?

Изучая эволюцию супергенов, ученые надеются получить больше информации о происхождении наследственных заболеваний. По этой теме проводится больше исследований, чем когда-либо прежде. Поэтому ученые продолжают находить все больше и больше примеров, когда на большие различия в поведении и внешнем виде влияет одни и те же супергены. Следующий шаг — выяснить, как именно они возникают.