Rekonstruering af alternative veje til kompleks multicellularitet hos dyr og svampe fra nutidens genetiske mangfoldighed

Et internationalt hold af forskere med et centralt bidrag fra forskere ved Institut for Biologisk Fysik ved Eötvös Loránd University (ELTE) har afdækket dyrs og svampes evolutionære oprindelse.

Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Nature , demonstrere, hvordan genomiske data og kraftfulde beregningsmetoder gør det muligt for forskere at besvare grundlæggende spørgsmål inden for evolutionær biologi, som tidligere var utilnærmelige.

Forskere har altid været nysgerrige efter dyrs og svampes evolutionære historie:Disse to grupper af komplekse flercellede organismer er ved første øjekast fuldstændig forskellige, men faktisk er de fætre på Livets Træ. Dyr og svampe er medlemmer af den samme udvidede familie, kaldet en eukaryotisk supergruppe, og er meget tættere beslægtet med hinanden, end de begge er med planter. Det har været en udfordring at forstå, hvordan sådanne komplekse, men alligevel kontrasterende grupper udviklede sig inden for den samme eukaryote supergruppe, på grund af manglen på en detaljeret fossiloptegnelse fra da de to grupper adskilte sig.

"For at løse denne evolutionære gåde var vi først nødt til at producere genomiske data fra de encellede grupper, der forgrener sig mellem dyr og svampe i livets træ," sagde Iñaki Ruiz-Trillo, hovedforsker og professor i evolutionær biologi ved Instituttet for Evolutionær biologi i Barcelona og sidste forfatter til artiklen.

I stedet for at stole på fossiler rekonstruerede forfatterne udviklingen af ​​de to grupper ud fra den genetiske information, der findes i genomerne af svampe og dyr, der lever i dag. Ved at kombinere de genomiske data produceret for disse encellede grupper sammen med genomiske data fra flere arter af dyr og svampe, rekonstruerede forskerne banen for genetiske ændringer, der førte til oprindelsen af ​​disse to eukaryote grupper ved hjælp af sofistikerede beregningsmodeller for genetisk forandring.

"På et metodisk niveau er der to faktorer, der har en enorm indflydelse inden for evolutionær biologi. Den ene er, at det i øjeblikket er meget nemmere at producere genomiske data for enhver organisme. Den anden er, at vores computere i dag kan køre meget mere komplekse evolutionære modeller til at analysere disse data," kommenterede Gergely J Szöllősi, Principal Investigator ved ERC GENECLOCKS forskningsgruppe og adjunkt ved Institut for Biologisk Fysik ved ELTE og medforfatter til artiklen.

Det globale billede, der kom ud af analyserne, er, at de genomiske forskelle, vi ser i dag mellem moderne dyr og svampe, skyldes gradvise ændringer, der begyndte tidligt i evolutionen. Forfatternes resultater indikerer, at denne proces startede umiddelbart efter divergensen mellem forfædrene til de to grupper for over en milliard år siden.

"Dette overraskede os, fordi vi forventede, at de fleste ændringer var sket specifikt i forbindelse med oprindelsen af ​​dyr og svampe. Det, vi så i stedet, var det modsatte, de fleste ændringer i genindholdet skete før oprindelsen af ​​de to grupper," sagde Eduard Ocaña. -Pallarès, en postdoc-forsker ved ELTE-universitetet og førsteforfatter.

Ifølge forskerne begyndte afstamningslinjen, der førte til dyr, at akkumulere gener, som senere ville blive essentielle for dyrs multicellularitet. I modsætning hertil oplevede slægten, der førte til moderne svampe, flere genetiske tab og flyttede dets genetiske indhold mod metaboliske funktioner. Dette skift gjorde det muligt for svampene at tilpasse sig og overleve i en forvirrende række af miljøer.

"At flytte fra Barcelona til Ungarn og slutte sig til ERC GENECLOCKS-forskningsgruppen ved ELTE var den bedste beslutning, jeg nogensinde kunne have taget fra et professionelt perspektiv. Under min Ph.D. i Barcelona genererede vi masser af genomiske data, men alle disse data er meningsløst, medmindre du analyserer det med de rigtige metoder. Jeg besluttede at fortsætte denne forskning i gruppen af ​​Gergely, da jeg var klar over, at de udviklede banebrydende software til rekonstruktion af forfædres genindhold. Denne beslutning var afgørende for projektets succes, " konkluderede Eduard Ocaña-Pallarès, postdoc-forsker ved Institut for Biologisk Fysik ved ELTE.

"Dette arbejde er et godt eksempel på, hvordan samarbejde rundt om i verden kan booste videnskaben og føre til fremragende forskning," tilføjer Gergely J Szöllősi. + Udforsk yderligere

Underlig og vidunderlig verden af ​​svampe formet af evolutionære udbrud, finder undersøgelsen