Uråldriga arvsanlag förs vidare utan parning

Hur kan organismer vars DNA är så olika att de inte får någon avkomma när de parar sig ändå utbyta gener? Detta mysterium har bekymrat biologer i många år. Nya studier, som publiceras i tidskriften Nature avslöjar en oväntad mekanism som tillåter utbyte av DNA trots att sexuell fortplantning normalt inte är möjlig, tack vare upptäckten av ett levande jästfossil med uråldrig genomstruktur.

När en art delas upp i två grenar, till exempel genom migration, kommer grenarnas DNA med tiden att skilja sig åt på grund av unika fel som uppstår när de kopierar sitt DNA. När två grenar, som varit skilda i många generationer, sedan parar sig blir resultatet en hybrid med en uppsättning DNA från vardera arten.

Hybrider är så pass sällsynta att de oftast bara kan hitta en partner genom att para sig med någon av föräldralinjerna. Efter många generationer av sådana återkorsningar återstår till sist bara korta och spridda delar av den andra föräldralinjens arvsanlag, så kallade introgression.

Till exempel så bär icke-afrikanska människor på introgressioner i form av två procent neandertal-DNA, som ett resultat av forntida parningar mellan människor och neandertalare och upprepade återkorsningar till människolinjen.

–  DNA som förs över från en art till en annan kan få både positiva och negativa effekter och dessa förändras med tiden. Vissa neandertalgener, som genom introgression kommit in i vår arvsmassa, har till exempel nyligen blivit ett hot mot människors hälsa eftersom de ökar risken för covid-19, säger Jonas Warringer, forskare vid Göteborgs universitet och en av författarna bakom den nya studien.

Uråldriga arvsanlag förs vidare
Det händer dock att två grenar parar sig, men att deras arvsmassor är så olika att en hybrid mellan dem blir steril. En häst kan till exempel para sig med en åsna för att ge upphov till en mula, som i sin tur inte kan få några ättlingar. På samma sätt kan bagerijäst para sig med sin vilda systerart Saccharomyces paradoxus men DNA-skillnaderna dem emellan gör att avkomman alltid dör.

Ändå finns DNA-sekvenser av den vilda systerarten i några bakjästers genom (arvsmassa). Hur har dessa jäst-DNA-introgressioner kunnat inträffa när hybriden är steril?

– Av en slump upptäckte vi en klon av en jästhybrid med en genomstruktur som är hundratusentals generationer gammal. Man kan kalla det en levande fossil. Detta levande fossil visade sig vara den direkta förfadern till en modern bagerijästpopulation, alpecinjäst, som idag lever i avloppsvattnet från olivpressar och som bär DNA-sekvenser av den vilda systerarten Saccharomyces paradoxus.

Långvarigt mysterium löst
Det levande fossilet bar emellertid inte på en ren kopia av bagerijäst DNA och en ren kopia av systerartens DNA. Istället hade spridda delar av systerartens DNA kopierats över till och ersatt delar av bagerijästens DNA. Detta kopierade DNA visade sig vara nästan exakt det samma som hade blivit kvar som introgressioner i den moderna ättlingen alpechinjäst.

– När den levande fossilens DNA blev identiskt på många platser blev dess två arvsmassor tillräckligt lika för att fortplantningen skulle kunna fungera, trots att de på alla andra platser var väldigt olika. Avkomman från den levande fossilen kunde sedan para sig tillbaka  med bagerijäst, vilket gav upphov till barnbarn som bar långa introgressioner av den vilda systerartens DNA och efter upprepade återkorsningar till de moderna alpechinättlingarna.

Denna upptäckt löste det långvariga mysteriet om hur reproduktivt isolerade arter kan utbyta DNA trots att den sexuella fortplantningen emellan dem i normalfallet inte fungerar.

– Vi försöker nu förstå hur så mycket av den levande fossilens DNA kunde kopieras över från den ena arvsmassakopian till den andra, säger Jonas Warringer.

Kontakt:

Dr. Jonas Warringer, institutionen för kemi och molekylärbiologi, Göteborgs universitet, e-post: jonas.warringer@cmb.gu.se, telefon: 031-786 25 89, mobil: 0730-22 63 22

Artikelförfattare: D’Angiolo M, De Chiara M, Yue JX, Irizar A, Stenberg S, Persson K, Llored A, Barré B, Schacherer J, Marangoni R, Gilson E, Warringer J and Liti G. 2020. A yeast living ancestor reveals the origin of genomic introgressions. Nature.

Digital publicering: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2889-1

Carina Eliasson
Pressansvarig kommunikatör
Göteborgs universitet
telefon: 031-786 98 73
e-post: carina.eliasson@science.gu.se

Göteborgs universitet är ett av de stora i Europa med 47 500 studenter och 6 400 anställda. Verksamheten bedrivs av åtta fakulteter, till allra största del i centrala Göteborg. Utbildning och forskning har stor bredd och hög kvalitet – det vittnar sökandetryck och nobelpris om. www.gu.se.  Följ oss på Twitter. Gilla oss på Facebook. Adda oss på Snapchat (uniofgothenburg). Följ oss på Instagram.

Taggar: