Анализ 86 видов Medusozoa: одинаковые замены в белках повторяются даже при расхождении более 600 млн лет

Группа под руководством Кори Бергера, постдока лаборатории Тодда Окли в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, сравнила белок-кодирующие гены 86 видов Medusozoa — группы, в которую входят настоящие медузы, кубомедузы и гидроиды. В работе участвовали исследователи из Канзасского университета, Техасского университета A&M и Университета Небраски. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа основана только на сравнении последовательностей; ни один признак в лаборатории не проверяли pnas.orgProceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗.

Авторы обнаружили, что линии, разошедшиеся более 600 млн лет назад, многократно несут одну и ту же аминокислотную замену в том же положении того же белка. Частота таких совпадений превышает ожидаемую при случайном перекрытии.

Филогения и сравнение последовательностей

Чтобы определить родство и время расхождения, команда построила дерево из 621 вида, опираясь на полные наборы генов 98 видов, 22 из которых секвенировали для этой работы. Датировка, привязанная к 17 ископаемым, относит возникновение Medusozoa примерно к 685 млн лет назад.

На этом дереве глаза возникали не менее девяти раз, свободноплавающая стадия медузы была утрачена 41 раз, а колонии переходили от корковых форм к прямостоячим ветвистым 32 раза.

Авторы сравнили 86 видов попарно: 3570 пар по 9194 семействам генов. Они считали случаи, когда обе линии независимо заменили одну и ту же аминокислоту на одну и ту же новую. Найдено 426 322 таких совпадения, менее десятой доли процента проверенных пар ветвей; они встречены в 8991 из 9194 семейств генов pnas.orgProceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗.

Конвергенция, не связанная с общими признаками

С ростом времени после расхождения число совпадений слабо снижалось. Даже пары, разделённые более чем 600 млн лет, имели больше общих замен, чем предсказывала модель случайности. Новая аминокислота также в среднем сильнее отличалась по химическим свойствам от прежней, чем в других изменённых позициях; авторы трактуют это как признак положительного отбора.

Пары линий с общими глазами, утратой медузы или прямостоячими колониями не показали большей молекулярной конвергенции, чем остальные пары. Гены, участвующие в построении глаз, встречались несколько чаще среди пар с глазами, но те же гены испытывали такой же отбор и у видов без глаз. Конвергенция была сосредоточена в генах, обращённых к среде: энергетический обмен, иммунитет, расщепление чужеродных веществ. Меньше всего замен несли гены внутреннего «хозяйства» клетки, например деления.

Ограничения анализа

Учитывали только аминокислотные замены. Изменения в ДНК, включающей и выключающей гены, не анализировали. Авторы также отмечают, что гены, обращённые к среде, могут просто эволюционировать быстрее, и у них больше шансов совпасть. Для большинства общих замен давление отбора в обеих линиях неизвестно. Следующей задачей авторы называют измерение давлений, с которыми эти животные сталкиваются в море pnas.orgProceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗.