Comparative embryology without a microscope: using genomic approaches to understand the evolution of development

Og selv om disse analyser på genomskala er begyndt at give indsigt i selektionens virkning på tværs af udviklingen, står denne tilgang over for flere udfordringer. Den ene er, at ekspressionsniveauet for mange regulerende gener stiger i løbet af udviklingen, mens “husholdningsgener” er mere konstante. Som følge heraf kan den tidlige udvikling synes at være beriget med husholdningsgener, f.eks. de gener, der er nødvendige for mitose. Husholdningsgener er, ikke overraskende, stærkt bevarede; dette kan resultere i et misvisende billede af bevarelsen i den meget tidlige udvikling, som en undersøgelse har påpeget . På samme måde kan det at undlade at korrigere for testis-specifikke gener føre til et falsk indtryk, fordi positiv selektion på disse gener sandsynligvis er drevet af sædkonkurrence snarere end stadiespecifikke forskelle i selektion i sig selv.

Publicerede undersøgelser har betragtet arter med relativt ens økologier og livshistorier, en begrænsning, der er pålagt af det faktum, at de nuværende genomprojekter på modelorganismer dækker en begrænset fylogenetisk fordeling. Det har imidlertid længe stået klart, at den tidlige udvikling kan variere enormt blandt selv nært beslægtede arter . Det er en vigtig udfordring at forstå disse undtagelser fra bevarelsen af den tidlige udvikling. Tilfælde af ekstreme forskelle i den tidlige udvikling fortolkes generelt som tilpasninger, der skyldes ændringer i livshistorien, f.eks. ændringer i den embryonale ernæring, ændrede larvesprednings- og forsvarsmekanismer eller ændringer i det embryonale miljø. Det er nu muligt at undersøge, hvordan miljøfaktorer driver udviklingen af den tidlige udvikling, da nye teknologier bringer sekvens- og ekspressionsdata på genomskala fra stort set alle organismer inden for rækkevidde. En mulig fremgangsmåde er at sammenligne arter med forskellige livshistorier eller arter, der lever i forskellige miljøer (figur 2). Parallelle ændringer i udviklingsdivergens og bevarelse langs grene, der fører til evolutionært afledte livshistorier, kan give en dybere forståelse af den rolle, som tilpasning spiller i udformningen af udvikling.

Figur 2

Udforskning af virkningerne af ændringer i livshistorie på udvikling. Linjerne i rødt viser to uafhængige skift til lecithotrofisk udvikling (hvor larven ikke æder og dermed har en meget enklere morfologi) hos euechinoide søpindsvin som følge af stigninger i moderens bidrag . Ved at sammenligne konvergente ændringer langs de røde slægter med dem langs de sorte slægter kan vi få en fornemmelse af de måder, hvorpå ændringer i moderens bidrag påvirker udviklingen af udviklingen på genetisk niveau.

En anden vigtig udfordring opstår af det faktum, at naturlig selektion kan virke på ikke-kodende såvel som kodende sekvenser. Det er nemlig i de ikke-kodende regulatoriske sekvenser omkring hvert enkelt gen, at vi kan forvente at finde en vigtig del af det genetiske grundlag for divergens i udtryk mellem arter. Alle de hidtil offentliggjorte undersøgelser har sat selektion på kodende sekvenser i kontrast til genudtryk på tværs af livscyklusen. Der findes nu metoder til at teste for selektion i ikke-kodende sekvenser , hvilket åbner døren for analyser, der inddrager selektion på regulatoriske elementer. Dette kunne give indsigt, som analyser, der kun tager hensyn til de kodende sekvenser, kunne gå glip af.

Dette er spændende tider for evolutionsbiologer, da datasæt i genomskala anvendes til en stadig større vifte af problemer. At forstå, hvordan og hvorfor naturlig selektion fungerer forskelligt på tværs af udvikling er blandt de første tilfælde, hvor sekvens- og funktionelle sammenligninger på tværs af genomet er blevet bragt sammen for at løse et klassisk problem i evolutionsbiologien. De undersøgelser, der er gennemført indtil videre, fremhæver nogle spændende tendenser, især med hensyn til de potentielle virkninger af ændringer i genekspressionen i den tidlige udvikling. Men dette er kun begyndelsen. Selv om der er nogle vanskelige tekniske problemer, der skal løses, ligger det virkelig lovende i at anvende data på genomskala på en langt bredere vifte af artsforskelle. Hvordan ændres den genomdækkende fordeling af udvælgelse på tværs af udviklingen, når nært beslægtede arter lever i meget forskellige levesteder eller adskiller sig markant i deres livshistorie? Ved at udtage en bredere vifte af sammenligninger af arter kan man måske løse en af de ældste gåder inden for evolutionær udviklingsbiologi: hvorfor udviklingen så ofte er bevaret på tværs af store fylogenetiske kløfter og alligevel nogle gange er spektakulært divergerende blandt nært beslægtede arter.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.