Duplicarea întregului genom a influențat evoluția somonilor
Evoluția este determinată de modificări ale ADN-ului care pot favoriza uneori adaptarea, schimbând caracteristici precum rezistența la boli sau reproducerea. Adesea, aceste schimbări sunt minore, vizând o singură literă din codul genetic. În alte situații, modificarea este mult mai amplă: duplicarea întregului genom copiază întreaga secvență genetică a unui organism, lăsând două copii complete ale materialului ereditar. În timp, copiile suplimentare de gene pot căpăta roluri noi, modificând modul sau momentul în care sunt exprimate.
Astfel, duplicarea întregului genom oferă evoluției mai mult material genetic. Cu gene duplicate disponibile, evoluția poate modifica sau reutiliza anumite secțiuni păstrând altele intacte, ceea ce creează oportunități pentru apariția unor trăsături noi. Asemenea evenimente au avut loc în etape importante ale evoluției, inclusiv la strămoșul tuturor vertebratelor actuale, acum peste 500 de milioane de ani. Când evenimentele sunt atât de vechi, însă, detaliile despre modul în care duplicarea genomului a modelat evoluția sunt greu de reconstituit.
Somonidele oferă o perspectivă rară asupra acestor procese. Somonul atlantic și păstrăvul curcubeu fac parte din familia salmonidelor, al cărei strămoș a trecut printr-o duplicare a întregului genom acum aproximativ 100 de milioane de ani. Multe gene duplicate se află încă în proces de păstrare, pierdere sau reprofilare, iar genomurile acestor pești păstrează urme mai clare ale duplicării decât majoritatea vertebratelor.
Într-un studiu recent, cercetătorii au generat și analizat volume mari de date genomice de la somon și păstrăv pentru a urmări modul și momentul în care genele sunt activate și dezactivate în diferite țesuturi și în timpul dezvoltării embrionare timpurii. Studiul a produs aproape 800 de seturi de date de secvențiere de înaltă calitate și 80 de miliarde de perechi de secvențe de ADN, oferind hărți detaliate ale activității și reglării genelor la ambele specii. Datele au fost obținute prin proiectul AQUA-FAANG, o colaborare finanțată de Uniunea Europeană cu 6 milioane de euro, la care au participat numeroase organizații de cercetare și parteneri industriali din Europa.
Hărțile de activitate genică arată care gene sunt pornite sau oprite pentru a controla procese biologice esențiale, precum dezvoltarea, și mecanismele genetice din spatele acestor comutări. Echipa a identificat care aspecte ale activității genelor au rămas cele mai stabile de-a lungul timpului și care au fost cele mai libere să evolueze după duplicarea genomului. Rezultatele arată că evoluția expresiei genice după duplicarea genomului la salmonide a depins puternic de stadiul de viață și a variat între țesuturi.
În mod notabil, genele duplicate au avut cel mai mic spațiu de schimbare a expresiei în timpul dezvoltării embrionare târzii, când organele se formează rapid. Cercetătorii interpretează aceasta ca un semn că evoluția a avut mai puțină libertate să modifice reglarea genelor în această perioadă, când o schimbare care afectează o singură genă poate avea consecințe asupra mai multor părți ale embrionului. În astfel de cazuri, modificările dăunătoare sunt mai probabil eliminate prin selecție naturală. Această perioadă de constrângere corespunde intervalului în care diferite specii de vertebrate — de la pești la broaște și la oameni — apar cel mai asemănător din punct de vedere morfologic, ceea ce sugerează existența unor reguli fundamentale.
Datele extinse generate de studiu și de proiectul AQUA-FAANG sunt disponibile gratuit. Ele oferă o resursă valoroasă pentru cercetările viitoare și pentru îmbunătățirea strategiilor de reproducție în acvacultura somonului și păstrăvului, contribuind totodată la înțelegerea modului în care duplicarea întregului genom modelează evoluția.
