Бабочки помогут ученым из России раскрыть секрет появления лишних хромосом

Изучение бабочек помогло ученым из Зоологического института РАН и СПбГУ сделать большой шаг к пониманию того, как происходят масштабные перестройки ДНК, появляются новые хромосомы и связанные с ними болезни, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Оказалось, что хромосомные перестройки, приводящие к кардинальному изменению всего хромосомного набора, не возникают все сразу, а накапливаются постепенно, одна за другой. Таким образом, в случае взрывной хромосомной эволюции изменения кариотипа, всех признаков полного набора хромосом, происходят не мгновенно, а, скорее, в соответствии с дарвиновским принципом постепенной эволюции, хотя эта "постепенность" очень быстрая в терминах геологического времени", — рассказывает Владимир Лухтанов, профессор Санкт-Петербургского государственного университета и главный научный сотрудник Зоологического института РАН.

Хромосомные перестройки, радикальные изменения в числе и в структуре хромосом, сегодня считаются одним из главных движущих факторов в формировании новых видов животных и растений.  Кроме того, подобные изменения в структуре ДНК являются причиной развития различных тяжелых проблем со здоровьем, таких как рак, синдром Дауна и множества других болезней.

То, как появляются подобные изменения в структуре ДНК, пока остается загадкой для ученых. Это мешает изучению того, как появляются новые виды животных в ходе так называемой "взрывной хромосомной эволюции" — феномена, который приводит к появлению большого числа близких видов, родственных друг другу, но при этом резко  отличающихся по числу хромосом.

Профессор Лухтанов и его коллега Алиса Вершинина из Зоологического института РАН сделали большой шаг в сторону раскрытия всех этих тайн, изучив геномы 111 близкородственных видов голубянок из рода Polyommatus, живущих на территории России, Средиземноморья и Центральной Азии.

Внешне, как рассказывают ученые, эти бабочки практически не отличаются друг от друга, однако их наборы хромосом выглядят совершенно по-разному. В частности, генетический материал марокканской бабочки Polyommatus atlantica разделен на 226 миниатюрных "точечных" хромосом, тогда как ДНК ее иранской кузины Polyommatus caeruleus сосредоточена в 10 гигантских хромосомах.

Эти хромосомы, несмотря на кардинальные различия в их внешнем виде, содержат в себе почти одинаковую ДНК. Анализ и сравнение ДНК этих бабочек, как рассказывает Лухтанов, позволили его команде проследить за тем, как менялась их структура по мере эволюции общего предка этих голубянок и его разделения на 111 отдельных видов.

Как объясняет биолог, если раньше считалось, что взрывная хромосомная эволюция может быть обусловлена одновременным появлением многочисленных хромосомных изменений, то проведенное исследование показало, что это не так.

Это не только меняет представления ученых о ходе эволюции видов, но и говорит о том, что популярные сегодня  представления о строго негативном влиянии хромосомных перестроек на организм сильно преувеличены. Кроме того, подобные выводы, как заключает профессор Лухтанов, позволяют избавиться от необходимости придумывать какие-то специальные экзотические механизмы развития видов, помимо классического генетического дрейфа и естественного отбора.

Исследование проводилось при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках проекта "Генетическая структура и механизмы формирования биологического разнообразия".