Feltárták az állatok és a gombák evolúciós kapcsolatát

Szöllősi Gergely, az ELKH Ökológiai Kutatóközpont (ÖK) Evolúciótudományi Intézet és az MTA-ELTE Lendület Evolúciós Genomikai Kutatócsoport kutatója részvételével zajlott az a számítógépes evolúcióbiológiai kutatás, amelynek révén sokkal jobban megérthetjük a komplex többsejtűség párhuzamos kialakulását a gombák és az állatok között. Az eredményeket összefoglaló tanulmányt a világ vezető tudományos folyóirata, a Nature közölte.

Noha az állatok és a gombák között látszólag hatalmas különbségek vannak, és a gombák sokak számára erősen hasonlítanak a növényekre, filogenetikai eredmények alapján a két élőlénycsoport sokkal közelebb áll egymáshoz, mint bármelyikük a növényekhez.

A most megjelent tanulmány bevezetésében foglaltak szerint a korai molekuláris filogenetikai kutatások talán legnagyobb meglepetése az volt, hogy dacára a döbbenetes testfelépítési, élettani és egyéb különbségeiknek, valójában milyen közel állnak egymáshoz a soksejtű állatok és a gombák. A cikk első szerzője Eduard Ocaña-Pallarès, aki a kutatás idején Szöllősi Gergely ERC-támogatással létrehozott csoportjában dolgozott posztdoktori kutatóként az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén.

„Mi számítógépes evolúcióbiológiával foglalkozunk, konkrétan a gének történetét rekonstruáljuk a fajfa mentén – mondja Szöllősi Gergely. – Ebbe a kutatásba kapcsolódott be Eduard Ocaña-Pallarès, aki Barcelonából érkezett, ahol négy, a törzsfejlődés nagyon fontos mérföldkövét képviselő egysejtű élőlény genomját szekvenálta meg, és ezek adatait így fel tudtuk használni a korábbiaknál pontosabb génfák felrajzolásában."

A genetikai hasonlóságok miatt ma már a soksejtű állatokat és a gombákat egy nagy leszármazási „szupercsoportba", az Opisthokontába sorolják. Az ugyanakkor kevéssé ismert, hogy e csoport közös ősét követően hogyan zajlott az állatok és a gombák mára drámai különbségeket eredményező evolúciója. A most publikált kutatás a törzsfejlődés e szakaszába enged betekintést az állatok és a gombák génevolúciós pályáinak felrajzolása révén.

Az eredmények azt valószínűsítik, hogy a soksejtű állatok csak azután jelentek meg, hogy az őseik fokozatosan „összegyűjtötték" az eredményes soksejtűséghez szükséges géneket. Ez a folyamat tehát már a soksejtű állatok egysejtű ősében is elkezdődött, és a gének számának növekedésével járt.

Ezzel szemben a mai gombák ősei ellentétes evolúciós utat jártak be:

fokozatosan géneket veszítettek.

A gombáknak több génje kapcsolatos az anyagcserével, mint az állatoknak, és az előbbi csoport kevésbé távolodott el az Opisthokonta közös őstől, mint az utóbbi. Azonban az evolúciókutatók más fontos különbségeket is feltártak a két csoport génevolúciójában. Az állatok génjei főként géntöbbszöröződéssel sokasodtak, míg a gombák több gént nyertek úgynevezett horizontális géntranszfer – amikor nem közeli rokon fajok között történik génáramlás – segítségével, főként a protisztáknak nevezett egysejtűektől és a baktériumoktól. Ezek az eredmények megerősítették azt a régi feltételezést, miszerint az állatok leszármazási vonalán kevésbé jelentős a horizontális géntranszfer szerepe. Ennek oka, hogy náluk a szaporodásban szerepet játszó sejtek, azaz a csíravonal már korán elkülönül a testi sejtektől.

Forrás: ELKH

A számítógépes modellben elemzett teljes adathalmaz sok, összesen 1.463.920 fehérjeszekvenciát tartalmazott, amelyek 83 eukarióta (valódi sejtmagvas) fajtól származtak. Ezek közül 59 tartozott az Opisthokontába, és 24 más eukarióta csoportokba. E fehérjeszekvenciákat csoportosították hasonlóságuk és leszármazási kapcsolataik szerint, és az így létrehozott génfát vetették össze a fajfával.

„Gépi tanulásos eljárással csoportokra osztottuk a géneket (aminosavszekvenciákat) az alapján, hogy azok inkább gombákra vagy állatokra jellemző gének-e, illetve funkcionális kategóriába tartozásuk szerint, majd mintázatokat kerestünk a gének evolúciójában – folytatja Szöllősi Gergely. –

Mindebből az derült ki, hogy a gombák és az állatok közös őse után – bár még sokáig egysejtűek maradtak a szervezetek, és a soksejtűség egymástól függetlenül jelent meg – már egészen korán elkezdődött a két csoport irányába történő fokozatos szétválás.

Az állatok leszármazási vonalán azt láttuk, hogy növekszik a gének, valamint a géncsaládokban szereplő másolatok száma, továbbá a genom mérete is. Vagyis az evolúció a komplexebb génrepertoár felé tartott. Ehhez képest a gombáknál más történt: ott az evolúció inkább a genomredukció irányába haladt. Szinte minden funkcionális kategóriában csökkent a gének száma, miközben a metabolikus (anyagcsere) génekben innováció történt, amit részben a horizontális géntranszfer alapozott meg. Ez nem is csoda, hiszen a gombáknak itt át kellett térniük a más sejteket bekebelező, azaz fagocita életmódról a tápanyagot a környezetből passzívan felvevő, azaz ozmotróf táplálkozásra. Tehát már nem kebeleztek be más sejteket, hanem a tápanyagot ozmózissal vették fel a környezetükből."

Az élővilág korai evolúciójának legfontosabb eseményeivel kapcsolatos ismereteink nagyon hiányosak. Azonban a legmodernebb genomikai és számítógépes modellezőeljárások lépésről lépésre közelebb vihetnek bennünket ahhoz, hogy megértsük a ma ismert élőlénycsoportok evolúciós eredetét és e folyamatok genetikai mozgatórugóit.