Supergene können auch den Paarungsprozess erschweren. Bei einigen Arten schaffen Supergene ein Zuchtsystem, das tatsächlich vier Geschlechter hat. Aufgrund eines Supergens in den nordamerikanischen Vögeln namens Weißkehlspatzen gibt es beispielsweise zwei „Morphs“ mit unterschiedlicher Färbung und unterschiedlichem Verhalten. Männchen müssen nicht nur Weibchen finden, sondern auch einen Partner aus dem gegnerischen Morph finden. Andernfalls sterben die Nachkommen entweder an der Vererbung von Supergenen von beiden Elternteilen oder an der Vererbung von keinem. Nur Küken, die eine „ausgewogene tödliche“ Vererbung eines Supergens und eines gewöhnlichen Chromosomensegments erhalten, überleben.
Bei einem so hohen Preis ist es ein Wunder, dass sich Supergene überhaupt entwickelt haben, sagt Berdan. „Jeder Satz von Varianten wird wirklich schwer zu pflegen sein, insbesondere über Millionen von Generationen“, sagte sie. „Das ist eines der großen Mysterien der Supergene.“ Sie schlug vor, dass mehrere Arten der Selektion zusammenarbeiten könnten, um Supergene zu erhalten, und dass bestimmte Umgebungen für ihre Persistenz in der Population am förderlichsten sein könnten.
Ironischerweise scheint einer der Mechanismen, die Supergene manchmal bewahren können, die Rekombination zu sein – das Phänomen, dem sie normalerweise widerstehen. Amanda Larracuenteeine Evolutionsgenetikerin an der University of Rochester, und ihre Koautoren beschrieben einen solchen Fall letzten April In eLife.
Larracuente interessierte sich zunächst nicht für Supergene oder ihre evolutionären Kosten. Ihr Fokus lag auf egoistischen Genen, DNA-Segmenten, die sich in Populationen vermehren, ohne ihren Wirten zu nützen. Sie war fasziniert von einem egoistischen Gen namens Trennungsverzerrer (SD), die bei bestimmten Fruchtfliegen in Sambia auftraten. „Es ist ein Spermienkiller“, erklärte sie, aber es tötet nur Spermien ab, die kein Chromosom tragen SD.
Irgendwann in den letzten 3.000 Jahren wurde eine Version von SD ein großes Stück chromosomaler DNA umgarnt und ein Supergen geschaffen, das als bekannt ist SD-Mal die sich auf Fruchtfliegenpopulationen in ganz Afrika ausbreiteten. “Es ist wirklich das ultimative egoistische Gen”, sagte Larracuente.
DNA-Sequenzierung und -Analyse durch Larracuente, Daven Presgravesund ihre Kollegen zeigten, dass Chromosomen mit SD-Mal akkumulieren schädliche Mutationen, wie durch den nahezu vollständigen Mangel an Rekombination zwischen vorhergesagt SD-Mal und sein Schwesterchromosom. Aber die Forscher fanden nicht so viele Mutationen wie erwartet.
Sie fanden heraus, dass der Grund dafür ist, dass eine Fliege gelegentlich zwei Chromosomen mit erbt SD-Mal– und diese beiden Supergene sind gerade ähnlich genug, um eine gewisse Rekombination zwischen ihnen zu ermöglichen. Diese Rekombination wiederum macht es möglich, dass einige schädliche Mutationen im Laufe der Zeit aus den Supergenen der Fliegen entfernt werden.
„Wie sich herausstellt, reicht ein bisschen Rekombination aus“, sagte Larracuente. Sie und Presgraves suchen jetzt nach anderen SD Supergene in wilden Fruchtfliegenpopulationen nach Hinweisen auf die Evolution und die Auswirkungen von Supergenen im Allgemeinen.
Ihre Ergebnisse zeigen, dass die reinigende Wirkung der Rekombination auf Genome nie aufhört, wichtig zu sein. Die komplexen Merkmale, die die stabile, vorhersagbare Vererbung von Supergenen ermöglicht, können von unschätzbarem Wert sein, wenn es darum geht, Arten bei der Anpassung zu unterstützen, aber selbst die Supergene können von Zeit zu Zeit davon profitieren, Dinge durcheinander zu bringen.
Ursprüngliche Geschichte Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von Quanta-Magazin, eine redaktionell unabhängige Publikation der Simons-Stiftung dessen Aufgabe es ist, das öffentliche Verständnis der Wissenschaft zu verbessern, indem Forschungsentwicklungen und -trends in der Mathematik und den Natur- und Biowissenschaften behandelt werden.