Naukowcy z Uniwersytetu McMaster odkryli osiem różnych chromosomów płciowych w 11 gatunek afrykańskich żab szponiastych, ukazując zaskakującą różnorodność genetyczną.
Badanie wykazało, że te chromosomy znajdują się w regionach genomu o wysokim stopniu rekombinacji genetycznej, co podważa istniejące teorie na temat ewolucji genów determinujących płeć. Badanie to podkreśla, jak kluczowe cechy biologiczne, takie jak zróżnicowanie płciowe, mogą szybko ewoluować dzięki nowo opracowanym genom.
Różnorodność genetyczna afrykańskich żab szponiastych
Naukowcy z Uniwersytetu McMaster odkryli zaskakującą różnorodność genetyczną determinującą płeć u afrykańskiej żaby szponiastej, jednego z najintensywniej badanych płazów na świecie.
Dzięki analizie genomu naukowcy zidentyfikowali osiem odrębnych chromosomów płciowych u 11 gatunków żab. Wiele z tych chromosomów może zawierać nowo wyewoluowane geny odpowiedzialne za wyzwalanie rozwoju męskiego lub żeńskiego.
Przed tym badaniem naukowcy byli świadomi istnienia tylko trzech chromosomów płciowych u tego gatunku, co czyniło to przełomowym odkryciem w dziedzinie ewolucji genetycznej.
„W przypadku tych żab odkryliśmy niezwykłe zróżnicowanie nawet wśród blisko spokrewnionych gatunków, co pozwala nam zbadać, jak szybko ewoluują tak ważne elementy, jak determinacja płci” – mówi Ben Evans, profesor na Wydziale Biologii w McMaster i główny autor książki nowe badanie w czasopiśmie Biologia molekularna i ewolucja. Evans przeprowadził prace z kolegami z CzechyFrancji, USA i Republiki Południowej Afryki.
Afrykańska żaba szponiasta jest wykorzystywana jako organizm modelowy w badaniach biologicznych ze względu na jej bliski ewolucyjny związek z człowiekiem oraz ponieważ wczesny rozwój zachodzi zewnętrznie, co umożliwia łatwą obserwację i manipulowanie podstawowymi procesami.
Żaby występują w Afryce Subsaharyjskiej i żyją w wolno płynących lub stojących wodach. Są znane ze swoich płaskich ciał, organów głosowych wydających dźwięki pod wodą oraz pazurów na pierwszych trzech palcach tylnych łap, których używają do rozdzierania pożywienia.
Zaskakujące lokalizacje genów determinujących płeć
W tym badaniu naukowcy wskazali lokalizacje nowo zidentyfikowanych chromosomów płciowych, co jeszcze bardziej ich zdziwiło.
Dominująca teoria sugerowała, że geny determinujące płeć mogą zazwyczaj powstawać w regionach genomu o niskim współczynniku rekombinacji – wymianie materiału genetycznego u każdego z rodziców, która tworzy nowe mieszaniny cech u ich potomstwa.
Ewolucyjne spojrzenie na determinację płci
Zamiast tego odkryli, że te nowo wyewoluowane geny były prawie takie same uniwersalnie zlokalizowane w regionach o wysokim stopniu rekombinacji genetycznej, rodzi pytania o to, w jaki sposób i dlaczego podstawa genetyczna bardzo ważnych cech biologicznych – takich jak zróżnicowanie płciowe – może ewoluować tak szybko oraz w jaki sposób powstają nowe geny i funkcje genetyczne.
„Gdybyś przeprowadził te same testy w przypadku niektórych jeszcze starszych grup, takich jak większość ssaków lub wszystkie ptaki, odkryłbyś, że ich chromosomy płciowe są takie same” – wyjaśnia Evans. „Ale ta grupa żab – w ostrym kontraście – charakteryzuje się niesamowitą różnorodnością”.
„Jest bardzo prawdopodobne, że u tych żab wielokrotnie pojawiały się nowe geny, które sterowały różnicowaniem płciowym, działając jako „przełącznik włączający/wyłączający” lub „przełącznik płci męskiej i żeńskiej” na szczycie kaskady rozwojowej” – mówi.
Kontekst historyczny i trwające badania
W 2015 roku Evans – który od ponad dwudziestu lat bada afrykańską żabę szponiastą – kierował zespołem, który odkrył sześć nowych gatunków i dodał kolejny do listy znanych gatunków, dostarczając podstawowych informacji na potrzeby niniejszej pracy.
Odniesienie: „Szybka wymiana chromosomów płciowych u afrykańskich żab szponiastych (Xenopus) i pochodzenie nowych chromosomów płciowych” autorstwa Bena J. Evansa, Václava Gvoždíka, Martina Knytla, Caroline MS Cauret, Anthony’ego Herrela, Eli Greenbauma, Jaya Patel, Tharindu Premachandra, Theodore J. Papenfussa, Jamesa Parente, Marko E. Horba i Johna Measeya, 12 grudnia 2024 r., Biologia molekularna i ewolucja.
DOI: 10.1093/molbev/msae234
