Ученым уже давно было известно, что дупликация (удвоение) всего генома (WGD) — процесс, при котором организмы копируют весь свой генетический материал — играет важную роль в эволюции. Однако механизм возникновения, устойчивости и влияния этого процесса на адаптацию оставался малоизученным. Теперь исследователи из Технологического института Джорджии не только выяснили, как происходит WGD, но и узнали, как она сохраняется на протяжении тысяч поколений.
Изначально профессор Уильям Рэтклифф и его коллеги планировали изучить, как произошел эволюционный переход организмов к многоклеточности, но неожиданно натолкнулись на фундаментальную роль WGD в этом процессе. В 2018 году команда начала свой эксперимент MuLTEE, целью которого было наблюдение за многоклеточной эволюцией. В качестве модели для изучения использовались дрожжи Saccharomyces cerevisiae, которые ежедневно отбирали, исходя из размера клеточных скоплений.
Открытие произошло спустя 1000 дней эксперимента, когда ученый Озан Боздаг вдруг заметил, что произошел переход дрожжей от диплоидности к тетраплоидности, то есть вместо двух наборов хромосом в клетках появилось по четыре набора. Это удивило команду, поскольку лабораторные исследования показывали, что тетраплоидные организмы, как правило, нестабильны и возвращаются к диплоидному состоянию в течение нескольких сотен поколений. Однако в MuLTEE дупликация генома не только произошла, но и сохранялась более 1000 дней.
Дополнительные эксперименты показали, что удвоение генома обеспечивала дрожжам эволюционное преимущество. Клетки благодаря ему стали крупнее, длиннее и смогли формировать более массивные многоклеточные структуры — именно такие, которые соответствовали условиям отбора в эксперименте. В обычных условиях WGD часто приводит к нестабильности, но в данном случае процесс оказался выгодным и способствовал дальнейшим генетическим изменениям, включая анеуплоидию — наличие необычного количества хромосом. Это сделало MuLTEE самым продолжительным экспериментом по изучению полиплоидной эволюции и дало уникальное понимание роли удвоения генома в развитии биологической сложности организма.
Сделанное учеными открытие стало ярким доказательством непредсказуемого характера научного прогресса. По словам Тонга, самые значимые результаты экспериментов часто появляются неожиданно, соединяя разные направления исследований и открывая новые горизонты. Новое исследование не только раскрывает механизм эволюции многоклеточности, но и становится основой для будущих открытий в области биологии и генетики.
Ранее канадские ученые «научили» дрожжи выделять полезную жирную кислоту.
