Samičky vodního dráčka samcům 'kradou geny', aby mohly mít mláďata i bez nich

- Příroda autor: Pavel Pešek

Polyploidie není u rostlin a hub nic nového, u obratlovců je však tento fenomén poměrně vzácný, a proto dosud čeká na důkladnější prostudování. V aktuální studii se vědci podívali, jak to má s geny jedna z unikátních linií samiček axolotlů, která v sobě spojuje genomy tří druhů.  

Axotlu se říká také vodní dráček či chodící mlok

Axotlu se říká také vodní dráček či chodící mlok,zdroj: ThinkStock

Fenomén zvaný allopolyploidie je specifická forma polyploidie. Při polyploidii má organismus ve svých buňkách vyšší počet sad chromozomů. Běžné jsou dvě sady chromozomů (diploidie). Pokud jdou různé sady chromozomů genomy získané od více druhů, mezidruhovým křížením, pak jde o allopolyploidii.

Polyploidie a allopolyploidie je známá a prostudovaná u rostlin a u hub. U obratlovců jde o vzácný fenomén, který je dosud znám u několika málo ryb a u obojživelníků a dosud není důkladně prostudován. 

Polyploidie je spojována s většími buňkami, protože buněčné jádro musí pojmout více genů, větším tělem a rychlejším růstem. Toho se mimochodem využívá i v pěstitelství. Polyploidní jsou mimo jiné moderní odrůdy jablek s velkými šťavnatými plody nebo obilí.

Krom šlechtění se vyskytuje u rostlin a hub polyploidie i přirozeně a často vede ke vzniku nových druhů, protože jedinci s různým počtem chromozových sad se spolu obvykle nemohou rozmnožovat.

S allopolyploidiií souvisí i větší genetická variabilita, organismus má více variant genů a může se tak lépe přizpůsobovat měnícímu se prostředí. U mnoha starých allopolyploidních druhů bylo ale pozorováno omezení aktivity některých genů až na úroveň, kdy mají geny stejně aktivní jako jejich příbuzní s normálním genomem. Pokud mají totiž geny od různých druhů stejnou funkci, je jeden postupně upřednostňován. 

Genom až z pěti příbuzných druhů

Mezi axolotly (obojživelníci podobní mlokům, latinsky rod Ambystoma, kterým se také přezdívá vodní dráček) patří i několik allopolyploidních linií. Tyto linie jsou obvykle složené jen ze samiček, jejichž genom je složeninou genomů tří až pěti příbuzných druhů.

Samičky nepřebírají celé cizí diploidní genomy, ale jen jednu plnou sadu chromozomů.  Stejně jako u lidí, kdy dítě získá jednu sadu chromozomů od matky a druhou od otce, tak i samička axolotla může od samička získat jen polovinu jeho genomu pro své potomky. 

V přírodě sdílí polyploidní samičky axolotlů životní prostor s příbuznými normálními druhy, s jejichž samečky se páří, a to i když jde často o páření nepohlavní. Při tomto zvláštním nepohlavním páření je zapotřebí, aby se spermie dotkla vajíčka, ale nedochází k předání genetické informace. Méně často dochází k normálnímu pohlavnímu rozmnožování, které se v tomto případě nazývá kleptogeneze, protože samička "krade" geny samečka normálního druhu pro svojí linii.

V popisované studii šlo o jednu triploidní samičku a tři její příbuzné z normálních druhů. V genetických analýzách vědci zjišťovali, které geny polyploidní samičky odpovídají genům každého ze sexuálních druhů.

Stačí občasné páření

Dále je zajímala aktivita genů jak u normálních samiček, tak u polyploidní samičky. Vědci se zaměřili na odpovídající genetické varianty mezi subgenomy (homologní geny). Překvapivě se ukázalo, že skoro tři čtvrtiny (72 procent) homologních genů byly rovnocenně aktivní a jejich aktivita byla na stejné úrovni jako u sexuálních samiček.

Je to překvapivé, protože s delší dobou existence polyploidního živočicha by se měla rovnováha mezi subgenomy vytrácet, evoluční procesy by měly upřednostňovat ty nejužitečnější geny a neměl by být důvod uchovávat nadbytečné verze genů s téměř stejnou funkcí.

Stáří studované polyploidní linie se odhaduje na šest milionů let podle mitochondriální DNA. Mitochondriální DNA se dědí pouze po mateřské linii a nachází se v organelách mitochondriích, a proto je v tomto případě nezávislá na tom co se děje s DNA v jádře.

Jako možné vysvětlení rovnováhy subgenomů v genomu polyploidních samiček axolotla vědci uvádí páření se samci sexuálních druhů. Při každém takovém páření dostane nová polyploidní generace část nových genů od otce, které jsou stále plně aktivní. K pozdržení evolučního zjednodušování polyploidního genomu stačí i jen občasné pohlavní páření. 

Porozumění polyploidie u zvířat je na samém začátku. Další výzkum u axolotlů se bude zaměřovat na srovnání více samiček z více polyploidních linií.

McElroy K. E., Denton R.D., Sharbrough J., Bankers L., Neiman M., Gibbs H. L.(2017). Genome expresion balance in a triploid trihybrid vertebrate.  Genome Biol.Evol. 9(4): 968-980. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5396480/

Tagy: rozmnožování genetika zvířata a příroda věda a poznání vědecký výzkum a studie

Zdroje: vlastní