Vědci z University of Guelph v Kanadě oznámili úžasný objev: že počet chromozóm Sady v buňkách jejich těl se zdá být spojeny s rychlostí, kterou se vyvíjí mitochondriální genom druhu.
To je neobvyklé, protože mitochondriální DNA sedí v odděleném genomu od chromozomů v jádře a jeho rychlost evoluce je obvykle spojena s faktory, jako je rychlost mutace, metabolismus a velikost populace – spíše než s chromozomy.
Evoluční biologové nepředpokládali takové spojení, které by mohlo mít důležité důsledky pro naše chápání toho, jak rychle se mění DNA hmyzu a jak sledovat biodiverzitu.
Zjištění týmu byla zveřejněna v Proceedings of the Royal Society B dne 26. listopadu.
Mitochondriální DNA
Hmyz používá různé způsoby k produkci samců a samic. Mravenci, včely a vosy vytvářejí samice z vajíček oplodněných spermiemi, zatímco z neoplozených vajíček se vyvinou samci. Ženy tedy mají ve svém genomu dvě sady chromozomů, jednu z vajíčka a druhou ze spermie, a říká se, že jsou diploidní. Muži mají pouze jednu sadu chromozomů a říká se, že jsou haploidní. Tento typ určení pohlaví se nazývá haplo-diploidní (HD).
Na druhé straně v diplo-diploidním (DD) systému muži i ženy přenášejí jeden chromozom z každého páru do svých spermií a vajíček. Muži a ženy se místo toho liší tím, který pohlavní chromozom mají.
Mitochondrie jsou elektrárnou buňky: produkují většinu jejího adenosintrifosfátu (ATP), sloučeniny, která slouží jako zdroj energie pro všechny buněčné funkce. Před eony nějaký jednobuněčný předchůdce pozemského života pohltil bakterii, která se pak vyvinula v mitochondrie. Od té doby bylo mnoho genů této bakterie přeneseno do jádra hostitelské buňky a zanechalo za sebou pouze nepatrný záď. To je mitochondriální genom nebo mitogenom.
Mitogenom je pět milionů krát menší než naše jaderná DNA. Kóduje pouze 12 mitochondriálních proteinů; zbytek je kódován jadernou DNA.
Muži nepřenášejí své mitochondrie na své potomstvo; to dělají pouze samice prostřednictvím vajíčka.
Jak by potom mohla samčí haploidie ovlivnit rychlost evoluce v mateřsky zděděném genomu?
Vědci si jsou vědomi asi jednoho milionu druhů hmyzu, které seskupili do 29 skupin nazývaných řády. Čtyři ze známějších řádů jsou Coleoptera (brouci), Diptera (mouchy a komáři), Hemiptera (skuteční brouci) a Hymenoptera (mravenci, včely a vosy). Tyto řády jsou mimořádně druhově bohaté. Mezi další patří Thysanoptera (malý štíhlý hmyz), Psocodea (vši) a Lepidoptera (můry a motýli).
Pro novou studii vědci zkoumali 86 000 druhů hmyzu ze 783 rodin ve 26 objednávkách. Z toho 131 rodin bylo HD a 652 bylo DD.
Řád Hymenoptera a Thysanoptera byly jednotně HD. Coleoptera, Diptera, Hemiptera a Psocodea zahrnovaly HD i DD rodiny a kmeny. Lepidoptera a zbývající řády byly jednotně DD.
The COI gen
Aby se otestovaly takové rozdíly, tým se obrátil na jeden z klíčových proteinů mitochondrie, podjednotku I cytochrom c oxidázy nebo COI.
Odpovídající COI gen se nachází v mitogenomu. Vědci se blíže podívali na segment genu, který dává buňkám recept na konkrétní úsek proteinu COI.
Pro každou ze 783 hmyzích rodin tým vytvořil „konsensuální“ sekvenci DNA pro tuto oblast kombinací dat z nejméně 100 druhů v této rodině. Potom přeložili konsenzuální DNA každé rodiny do konsenzuální aminokyselinové sekvence. Udělali také podobný konsenzus pro Entognatha, sesterskou skupinu hmyzu, aby fungovala jako blízká nehmyzí srovnávací skupina.
Našli něco nápadného. Ve srovnání s touto vnější skupinou měly druhy hmyzu s HD pohlavními systémy asi 1,7krát více změn v proteinu COI než druhy s běžnějším systémem DD. HD druhy také vykazovaly mnohem více malých inzercí a delecí aminokyselin v této oblasti.
Jednoduše řečeno, COI Zdálo se, že gen se u druhů HD vyvinul mnohem rychleji než u druhů DD, jako by jejich mitochondriální DNA běžela jinou, rychlejší evoluční dráhou.
Monitorování biodiverzity
Výsledky ukazují, jak způsob, jakým druh produkuje své samce a samice, může utvářet cestu mitochondriální evoluce a odhaluje spojení mezi reprodukční biologií a rozmanitostí.
„Hmyz tiše udržuje planetu v chodu, jeho počet je pod tlakem a naše studie ukazuje, že způsob, jakým produkují samce a samice, může ovlivnit, jak rychle se mění jejich DNA,“ řekl Avas Pakrashi, první autor studie, postdoktorand v Centru pro genomiku biodiverzity na University of Guelph v době studie.
Důsledky se týkají toho, jak odborníci sledují biologickou rozmanitost hmyzu.
„Pokud určité skupiny hmyzu (jako druhy HD) akumulují mutace ve své mitochondriální DNA rychleji, jejich čárové kódy COI se mohou měnit jiným tempem než ostatní,“ dodal Dr. Pakrashi, nyní ze Zoological Survey of India. „Takže některé druhy mohou vypadat geneticky odlišněji, než ve skutečnosti jsou, nebo způsobit, že se blízce příbuzné druhy rozmazávají, což ovlivňuje přesnost identifikace.“
Dávající smysl
U druhů HD nesou samci pouze jednu kopii každého jaderného genu. Protože neexistuje žádná druhá kopie, která by maskovala změny, každá nová mutace v těchto genech má okamžitý účinek na tělo.
Vzhledem k tomu, že změny v jaderném genomu projevují své účinky hned u HD samců, tlačí mitochondriální geny – zejména ty, které interagují s produkty jaderných genů – k rychlejšímu vývoji. To naznačuje nové zjištění.
Tato potřeba není u diploidních samců tak závažná, protože diploidie chrání nové mutace před tak rychlým vystavením selekci.
To znamená, že výzkumný dokument uznal, že tyto vzorce jsou stále pouze korelace – ačkoli tým také spekuloval o některých potenciálních příčinách.
Jedna myšlenka se týká toho, jak selekce funguje u haploidních samců. Protože každý jaderný gen u HD samců je „viditelný“ pro přirozený výběr, mohou se geny, které zlepšují spolupráci mezi jadernými a mitochondriálními proteiny, šířit rychleji. To by zase mohlo umožnit, aby se uchytilo více nových mitochondriálních mutací.
Druhá myšlenka je, že v HD liniích jaderné geny efektivně pocházejí z menšího chovného fondu, takže mírně škodlivé jaderné změny mohou být někdy opraveny náhodou. Mitochondriální geny by pak byly nuceny vyvinout kompenzační vylepšení, která udrží energetický systém buňky v chodu.
DP Kasbekar je bývalý vědec.
Publikováno – 1. ledna 2026 05:30 IST
