Srovnávací embryologie bez mikroskopu: využití genomických přístupů k pochopení evoluce vývoje

Ačkoli tyto analýzy v měřítku genomu začínají poskytovat vhled do působení selekce v průběhu vývoje, tento přístup čelí několika výzvám. Jedním z nich je, že hladiny exprese mnoha regulačních genů během vývoje stoupají, zatímco „housekeeping“ geny jsou konstantnější. V důsledku toho se může zdát, že raný vývoj je obohacen o „housekeeping“ geny, jako jsou geny potřebné pro mitózu. Není překvapením, že jsou tyto geny vysoce konzervované, což může vést k zavádějícímu obrazu zachování genů ve velmi raném vývoji, jak upozornila jedna studie. Podobně může nekorigování genů specifických pro varlata vést k falešnému dojmu, protože pozitivní selekce na tyto geny je pravděpodobně způsobena spíše konkurencí spermií než rozdíly v selekci specifické pro dané stadium jako takové.

Publikované studie se zabývaly druhy s relativně podobnou ekologií a životní historií, což je omezení dané tím, že současné projekty genomů modelových organismů pokrývají omezené fylogenetické rozšíření. Již dlouho je však jasné, že raný vývoj se může i mezi blízce příbuznými druhy nesmírně lišit . Pochopení těchto výjimek v zachování raného vývoje představuje důležitou výzvu. Případy extrémních rozdílů v raném vývoji se obvykle interpretují jako adaptace způsobené změnami v životních historiích, jako jsou modifikace v embryonální výživě, změněné mechanismy šíření a obrany larev nebo změny v embryonálním prostředí. Zkoumání toho, jak faktory prostředí ovlivňují evoluci raného vývoje, je nyní možné díky novým technologiím, které umožňují získat data o sekvenci a expresi genomu prakticky z jakéhokoli organismu. Jeden z možných přístupů zahrnuje porovnávání druhů s různou životní historií nebo obývajících různá prostředí (obr. 2). Paralelní změny ve vývojové divergenci a zachování podél větví vedoucích k evolučně odvozeným životním historiím mohou poskytnout hlubší pochopení role, kterou má adaptace při utváření vývoje.

Další důležitá výzva vyplývá ze skutečnosti, že přírodní výběr může působit na nekódující i kódující sekvence. Právě v nekódujících regulačních sekvencích kolem každého genu bychom totiž mohli očekávat důležitou část genetického základu divergence v expresi mezi druhy. Všechny dosud publikované studie porovnávaly selekci na kódující sekvence s expresí genů napříč životním cyklem. Nyní existují metody pro testování selekce v nekódujících sekvencích , což otevírá dveře analýzám, které zahrnují selekci na regulační prvky. To by mohlo přinést poznatky, které by mohly být přehlédnuty analýzami, které berou v úvahu pouze kódující sekvence.

Tyto časy jsou pro evoluční biology vzrušující, protože soubory dat v měřítku genomu jsou aplikovány na stále se rozšiřující okruh problémů. Pochopení toho, jak a proč přírodní výběr působí rozdílně napříč vývojem, je jedním z prvních případů, kdy se k řešení klasického problému evoluční biologie spojila sekvenční a funkční srovnání napříč genomem. Dosud provedené studie poukazují na některé zajímavé trendy, zejména pokud jde o potenciální dopady změn v genové expresi během raného vývoje. To je však teprve začátek. Přestože je třeba vyřešit některé ožehavé technické problémy, skutečný příslib spočívá v aplikaci dat v měřítku genomu na mnohem širší škálu druhových kontrastů. Jak se mění rozložení selekce v celém genomu během vývoje, když blízce příbuzné druhy obývají velmi odlišná stanoviště nebo se výrazně liší ve své životní historii? Vzorkování širšího spektra druhových srovnání může vyřešit jednu z nejstarších hádanek evoluční vývojové biologie: proč je vývoj tak často zachován napříč rozsáhlými fylogenetickými propastmi, a přesto se někdy nápadně liší mezi blízce příbuznými druhy.