Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 миллионов лет эволюции
Сравнение более 200 высококачественных геномов бабочек и мотыльков позволяет получить ключевую информацию об их биологии и эволюции за последние 250 миллионов лет, а также дает подсказки по их сохранению.
Самый обширный анализ такого рода показывает, что хромосомы бабочки и мотылька остались практически неизменными со времени их последнего общего предка более 250 миллионов лет назад. Эта стабильность существует, несмотря на невероятное разнообразие, наблюдаемое сегодня в рисунках крыльев, размерах и формах гусениц более чем 160 000 видов во всем мире.
Исследователи из Института Уэллкома Сэнгера и их коллеги из Эдинбургского университета проанализировали и сравнили более 200 высококачественных геномов хромосомного уровня бабочек и мотыльков, чтобы лучше понять их эволюционную историю.
Далее они обнаружили редкие группы видов, которые нарушили эти генетические нормы и претерпели генетические перестройки, включая слияние хромосом – когда две хромосомы сливаются – и деление – когда хромосома расщепляется.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Ecology and Evolution, проливают свет на жесткие ограничения, управляющие эволюцией генома этих экологически важных насекомых. Они также предлагают понимание факторов, которые позволили избранным видам бросить вызов этим правилам эволюции. Эти идеи могут информировать и активизировать усилия по сохранению путем направления целевых стратегий, мониторинга состояния экосистем, адаптации к изменению климата и включения генетической информации в более широкие природоохранные инициативы.
Бабочки и мотыльки, называемые чешуекрылыми, составляют 10 процентов всех описанных видов животных и являются чрезвычайно важными опылителями и травоядными животными во многих экосистемах.
В этом новом исследовании исследователи из Института Уэллкома Сэнгера и их коллеги решили понять процессы, которые управляют эволюцией хромосом этой весьма разнообразной группы.
Они идентифицировали 32 строительных блока предковых хромосом, названных «мерианскими элементами» в честь пионера-энтомолога 17-го века Марии Сибиллы Мериан, которые остались нетронутыми у большинства видов бабочек и мотыльков со времени их последнего общего предка более 250 миллионов лет назад.
За исключением одного древнего события слияния двух хромосом, которое привело к образованию 31 хромосомы, наблюдаемой сегодня у большинства видов, хромосомы большинства современных видов напрямую соответствуют этим предковым мерианским элементам. Команда обнаружила, что не только хромосомы невероятно стабильны, но и порядок генов внутри них тоже.
Команда обнаружила некоторые виды с незначительными изменениями, в основном связанными с слиянием небольших аутосом 6 и половой хромосомы. Это подчеркивает роль длины хромосомы как движущей силы эволюционных изменений.
Тем не менее, исследователи обнаружили редкую подгруппу видов, таких как голубые бабочки – Lysandra – и группа бабочек-капустниц – Pieris – которые бросили вызов этим ограничениям структуры генома. Эти группы подверглись обширной перестановке хромосом, включая поломку хромосом, а также крупномасштабным перестановкам посредством деления и слияния.
Работа расширяет понимание факторов, которые приводят к генетическому разнообразию этих насекомых. Это может направить усилия по защите и сохранению конкретных видов, сталкивающихся с уникальными проблемами и изменениями окружающей среды, связанными с изменением климата.