For 80–100 millioner år siden ble hele arvematerialet hos forløperen til dagens laksefisk fordoblet. En ny studie publisert i Nature Ecology & Evolution viser hvordan denne hendelsen har satt varige spor i reguleringen av gener hos atlanterhavslaks og regnbueørret.
Evolusjon bygger på arvelige endringer i DNA. En endring kan være liten og berøre bare én bokstav i DNA-koden, omtrent som å endre én bokstav på én side i en lang bok.
Andre endringer er langt mer omfattende.
Ved en helgenomduplisering blir hele arvestoffet fordoblet i én og samme hendelse. Det tilsvarer å kopiere hele boken, ikke bare en enkelt bokstav.
Over tid går mange av de ekstra genkopiene tapt. Andre blir bevart. Disse kan fortsette å utføre den samme oppgaven, dele den opprinnelige funksjonen mellom seg eller utvikle ulike funksjoner og aktivitetsmønstre. En helgenomduplisering gir derfor evolusjonen mer genetisk materiale å arbeide med.
Helgenomdupliseringer har skjedd flere ganger i evolusjonshistorien, blant annet hos tidlige forfedre til virveldyrene for mer enn 500 millioner år siden. Slike gamle hendelser er vanskelige å studere fordi sporene gradvis er blitt endret eller visket ut.
Laks og ørret gir et nærbilde av evolusjonen
Atlanterhavslaks og regnbueørret gir en sjelden mulighet til å undersøke hva som skjer etter en helgenomduplisering. Forløperen til laksefiskene gjennomgikk en duplisering for 80–100 millioner år siden. Hendelsen ga fire kopier av hvert kromosom i stedet for to. Senere begynte genomet å gjennomgå endringer som skilte de fire kromosomkopiene tilbake i to separate sett, en prosess som kalles rediploidisering.
Denne prosessen er fortsatt ikke fullført i alle deler av genomet. Omtrent halvparten av genene fra dupliseringen finnes fremdeles som funksjonelle genpar. Genomene til dagens laksefisk inneholder derfor langt tydeligere spor etter helgenomdupliseringen enn genomene til de fleste andre virveldyr.
I den nye studien, genererte og analyserte forskere enorme mengder genomiske data fra laks og regnbueørret.
– Studien vår resulterte i nærmere 800 sekvenseringsdatasett av høy kvalitet. Disse avdekket hvilke gener som var slått på eller av, hvilke deler av DNA-et som var tilgjengelige for regulering, og hvilke endringer som var knyttet til aktive og inaktive områder i genomet, forklarer professor Sigbjørn Lien ved NMBU, en av forskerne som ledet studien.
Kort sagt utarbeidet forskerne svært detaljerte kart over genaktivitet som styrer sentrale biologiske prosesser hos fisken, som for eksempel embryo utvikling, og mekanismene som styrer disse.
Internationalt samarbeid som kan få betydning for forskning og akvakultur
Forskningen ble oppnådd gjennom AQUA-FAANG-prosjektet, et europeisk forskningsinitiativ koordinert av NMBU.
– AQUA-FAANG var en omfattende laginnsats som mottok seks millioner euro fra EU og samlet forskningsmiljøer og industripartnere fra en rekke europeiske land, sier Lien.
Studiet gir ny innsikt i hvordan helgenomduplisering påvirker evolusjonen over tid. Fordi tilsvarende dupliseringer har skjedd hos forfedrene til alle virveldyr, kan resultatene også bidra til å forstå eldre hendelser der de genetiske sporene er mindre tydelige.
– Dataene fra studien og AQUA-FAANG er fritt tilgjengelige, og utgjør en verdifull ressurs for videre forskning og kan bidra til bedre bruk av genomisk informasjon i avl, akvakultur og bevaring av ville bestander, avslutter Lien.
Den fullstendige artikkelen og et forskningssammendrag kan leses på nettstedet til Nature Ecology & Evolution.
Mer informasjon om AQUA-FAANG-prosjektet finnes på EU-kommisjonens CORDIS-webside