Ученые назвали животное с самым большим на Земле числом хромосом

У небольшой бабочки оказалось 229 пар хромосом, тогда как у многих близких видов их всего 23–24 пары. Ученые из Института Сенгера (Великобритания) и Института эволюционной биологии в Барселоне (Испания) показали, что это получилось потому, что хромосомы не удваивались, а раскалывались на более мелкие фрагменты.

Первое геномное исследование атласской голубянки (Polyommatus atlanticus), опубликованное в Current Biology, открыло возможность понять эволюционные причины столь необычного генома. Изменения в структуре хромосом наблюдаются и в клетках человеческого рака, поэтому изучение механики этих преобразований у других организмов может внести вклад и в исследования онкологии.

Первый эталонный геном

Авторы получили высококачественный эталонный геном этой бабочки — первое полноценное секвенирование этого вида. Наличие «золотого» референсного генома позволяет сравнивать его с геномами других бабочек и моли, чтобы выяснить, какие гены и участки сохранялись или терялись в процессе видообразования.

Эволюция новых видов и большие генетические изменения происходят на протяжении миллионов лет, что затрудняет их прямое наблюдение. Поэтому геномные сравнения между близкородственными видами дают возможность восстановить последовательность событий: какие участки ДНК остались, какие подверглись перестройке, и какие генетические изменения могли способствовать адаптации.

Атласская голубянка обитает в горных массивах Марокко и северо‑востока Алжира. Биологи долго предполагали у нее рекордный геном, теперь это подтвердилось секвенированием. 

Как так получилось

Исследователи обнаружили, что увеличение числа хромосом произошло за счет дробления крупных хромосом в местах, где ДНК менее плотно упакована. Количество генетической информации в целом осталось примерно тем же, но она была перераспределена в большее число меньших «пакетов». За исключением половых хромосом, все аутосомы были расколоты. По оценкам авторов, число пар хромосом увеличилось с ~24 до 229 примерно за три миллиона лет — относительно короткий срок по эволюционным меркам.

Такая экстремальная хромосомная реорганизация обычно рассматривается как потенциально вредная, однако атласская голубянка успешно существовала миллионы лет. А вот современные угрозы — изменение климата, вырубка кедровых лесов и чрезмерный выпас скота — сейчас ставят популяцию под угрозу.

Пока непонятно, несет ли дробление хромосом адаптивное преимущество. Возможно, оно увеличивает генетическую вариативность за счет более частого «перетасовывания» частей генома при размножении, либо дает какие‑то иные, пока неизвестные эффекты. С другой стороны, повышенная геномная сложность может осложнять процессы наследования и делать виды уязвимее перед долгосрочными рисками вымирания.

Роджер Вила, руководитель исследования, отметил: «Разложение хромосом наблюдали и у других бабочек, но не в таких масштабах, что указывает на важные биологические причины этого процесса, которые теперь можно исследовать. Хромосомы хранят все секреты вида, и изучение воздействия этих изменений на поведение может дать полную картину происхождения новых видов. Геномы раскрывают не только историю возникновения организма, но и его возможное будущее. Сравнивая виды, мы можем переносить выводы от одного генома к другому — в том числе применять знания о перестройках хромосом бабочек к проблемам человеческой онкологии».