Pochopení hmotného základu adaptivního vývoje bylo ústředním cílem v biologii sahající až do doby Darwina. Jedním zaměřením současných debat je to, zda adaptivní vývoj spoléhá na mnoho mutací s malými a zhruba stejnými účinky, nebo je poháněn jednou nebo několika mutacemi, které způsobují zásadní změny vlastností.
Chromozomální přeskupení, kde jsou velké kousky chromozomů obráceny, přemístěny, odstraněny nebo duplikovány, poskytují možný zdroj pro takové rozsáhlé „makromutace“. Charakterizace chromozomálních přeskupení s běžně vyzkoušenými metodami sekvenování DNA bylo však obtížné.
Mnoho organismů, včetně lidí, je diploidní, což znamená, že mají dvě sady chromozomů – jeden z každého rodiče. Totéž platí pro hmyz tyčinky. Díky tomu je identifikace chromozomálních přeskupení s druhy náročnými při sestavování genomů.
V minulosti jsme průměrovali data z každé sady chromozomů, ale omezená přesnost této metody neříká celý příběh. Použití novějších, molekulárních a výpočetních přístupů, které generují fázované genomové sestavy, kde jsou dvě kopie každého chromozomu sestaveny samostatně, nám umožnilo přímo ukázat, jak složité chromozomální přeskupení umožnily přizpůsobit se hmyzům hmyzů tím, že jsou kryptické na různých hostitelských rostlinách, a tím se zabránit predivaci. “
Zachariah Gompert, evoluční biolog, Utah State University
V 18. dubnu 2025 online vydání Americké asociace pro pokrok v vědeckém deníku VědaGompert a jeho kolegové uvádějí adaptivní divergence v kryptickém barevném vzoru, která je podložena dvěma odlišnými, komplexními chromozomálními přeskupeními, kde miliony základů DNA byly převráceny dozadu a přesunuly se z jedné části chromozomu do druhé, nezávisle na populacích hůlů na různých horách. Přispívající autoři do noviny zahrnují Gompertův dlouholetý spolupracovník Patrik Nosil a další vědci z Francouzského národního centra pro vědecký výzkum (CNRS), spolu s vědci z University of Notre Dame, University of Nevada, Reno a Institut pro výzkum rakoviny ve Spojeném království. Výzkum je podporován National Science Foundation a Evropskou radou pro výzkum.
Vědci studovali Timema Cristinae Hmyz s různými barevnými vzory, shromážděnými ze dvou hor poblíž Santa Barbara v Kalifornii. Hmyz bez křídla, krmení rostlin, je divergentně přizpůsoben dvěma různým druhům rostlin v pobřežních chaparrálních stanovištích. Jeden vzorec hmyzu tyčinky je zelený, což mu umožňuje smíchat s kalifornským šeříkem, zatímco druhý sportuje tenký bílý pruh na zádech, takže je téměř nezjistitelný mezi jehly podobnými listy keře.
Gompert a jeho kolegové ukázali, že tento adaptivní rozdíl v barevném vzoru je téměř zcela vysvětlen přítomností versus nepřítomnosti těchto individuálních komplexních chromozomálních přeskupení.
„Nová technologie genomického montáže použitá v této studii byla kritickým dílem, který nám pomáhal zkoumat, jak se barevný vzorec vyvinul v tomto hmyzu,“ říká Gompert, profesor biologie USU a Ekologické centrum USU. „Naše zjištění naznačují, že chromozomální přeskupení může být rozšířenější a složitější, než jsme si dříve mysleli.“
Říká, že tyto mutace, přestože jsou velké, se snadno chytí pomocí tradičních přístupů sekvenování DNA.
„Chromozomální přeskupení může být obtížné detekovat a charakterizovat pomocí standardních přístupů,“ říká Gompert. „V podstatě zkoumáme“ temnou hmotu „genomu.“
Strukturální variace, říká, spíše než být vzácný, může být pravidelně dostupný, aby se řídil vývoj.
„Jen škrábáme povrch,“ říká Gompert. „Chyběli nám nástroje pro detekci strukturálních variací, ale s vylepšenou technologií předpokládáme, že hraje důležitější roli v evoluci, než dříve uznáno.“
Zdroj:
Reference časopisu:
Gompert, Z., et al. (2025). Adaptace opakovaně používá komplexní strukturální genomickou variantu. Věda. doi.org/10.1126/science.adp3745.
