To studier publisert i Nature og Nature Genetics i 2016 studerte evolusjon av dupliserte gener i fisk. Studiene kom overraskende til helt motstridende konklusjoner. Forskere fra NMBU har nå reanalysert data fra de to studiene og oppdaget feil i den ene studien.
Alt liv på jorda startet med ett selvreplikerende molekyl. Ett gen. Senere har de blitt flere – mange flere. Et pattedyr har rundt 20.000 gener. Mange av disse har oppstått gjennom duplikasjoner av genene. En ekstrem-variant er helgenomduplikasjoner, som betyr at alt arvestoffet til en organisme (genomet) dupliseres, noe som resulterer i en dobling av antall gener. Helgenomduplikasjoner har vært koblet til viktige evolusjonære hendelser, som virveldyrenes opprinnelse og planteslekters evner til å overleve masseutryddelsen som tok livet av ikke-flyvende dinosaurene for 66 millioner år siden.
To teorier om genendringer
En ledende teori har vært at flere genkopier gir ekstra råmateriale til å utvikle nye egenskaper og tilpasninger. Dette kan skje på to måter:
- En kopi beholder de opprinnelige funksjonene, mens den andre kopien utvikler nye funksjoner. Dette kalles neofunksjonalisering.
- De to genkopiene fordeler de opprinnelige funksjonene mellom seg. Dette kalles subfunksjonalisering.
Hvor vanlig disse evolusjons-scenarioene er har lenge vært et omdiskutert tema innen evolusjonsbiologi.
Våren 2016 var derfor en spennende tid for evolusjonsbiologer. Omtrent samtidig ble det publisert to nesten identiske analyser av hvordan dupliserte gener i fisk utviklet nye «funksjoner» - men konklusjonene som var fullstendig på kollisjonskurs. Den ene studien som ble publisert i Nature Genetics studerte en mer enn 300 millioner år gammel helgenomduplikasjon i fisk. De konkluderte med at genduplikater fordeler funksjonene mellom seg (altså subfunksjonalisering). Den andre studien, publisert i Nature, studerte en nyere helgenomduplikasjon i laksefisk, og konkluderte med at en kopi beholdt den opprinnelige funksjonen (altså neofunksjonalisering). Denne studien var NMBU-forskerne Simen Rød Sandve og Torgeir Rhodén Hvidsten med på.
Eureka!
Hvordan kunne de komme til så ulike konklusjoner? Siden forfatterne av artiklene hadde gjort all data fra studiene tilgjengelig, kunne Simen Rød Sandve og Torgeir Rhodén Hvidsten enkelt reanalysere begge datasettene. I tillegg simulerte forskerne nye data der de visste fasiten før analysene ble gjort. Og dette løste mysteriet. Observasjonen om at dupliserte gener fordeler funksjoner mellom seg (subfunksjonalisering) var et resultat av en metodefeil. Begge helgenomduplikasjonene i fisk – både den gamle og den nye – viste det samme: Når evolusjonen får sjansen til å leke med to like gener så lar den én være i fred og eksperimenterer med den andre. Neofunksjonalisering er den mest vanlige metoden evolusjonen bruker til å utvikle nye funksjoner hos genene, altså.
Reanalysen ble nylig publisert som en kommentar i Nature Genetics