Schnelle genomweite Evolution in Brassica rapa-Populationen nach Dürre, aufgedeckt durch Sequenzierung der ancestral und nachfolgenden Genpools

Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass Evolution schnell als Reaktion auf Selektion auftreten kann. Jüngste Fortschritte in der Sequenzierung deuten darauf hin, dass es möglich ist, genetische Veränderungen während ihres Auftretens in Populationen zu dokumentieren, wodurch die genetische Basis der Evolution aufgedeckt wird, insbesondere wenn Proben sowohl vor als auch nach der Selektion verfügbar sind. Hier hatten wir die einzigartige Gelegenheit, genetische Veränderungen in natürlichen Populationen direkt zu beurteilen, nachdem eine evolutionäre Reaktion auf eine Klimaschwankung stattgefunden hatte. Wir analysierten genomweite Unterschiede zwischen Vorfahren und Nachkommen natürlicher Populationen von Brassica rapa-Pflanzen aus zwei Standorten, die schnelle Veränderungen in mehreren phänotypischen Merkmalen, einschließlich Blütezeit, nach einer mehrjährigen späten Dürre in Kalifornien entwickelten. Diese Vergleiche zwischen Vorfahren und Nachkommen offenbarten evolutionäre Verschiebungen in Allelfrequenzen in vielen Genen. Einige Gene, die evolutionäre Verschiebungen zeigen, haben Funktionen, die mit Dürrestress und Blütezeit in Zusammenhang stehen, was einer adaptiven Antwort auf Selektion entspricht. Loci, die zwischen Vorfahren und Nachkommen differenziert waren (FST-Ausreißer), unterschieden sich im Allgemeinen von denen, die Signaturen der Selektion basierend auf der Analyse des Frequenzspektrums (Tajima's D) zeigten, was darauf hindeutet, dass die Loci, die als Reaktion auf die jüngste Dürre evolvierten, und diejenigen unter historischer Selektion im Allgemeinen unterschiedlich waren. Sehr wenige Gene zeigten ähnliche evolutionäre Antworten zwischen zwei geografisch unterschiedlichen Populationen, was auf unabhängige genetische Entwicklungstrajektorien hindeutet, die parallele phänotypische Veränderungen hervorriefen. Die Ergebnisse zeigen, dass Selektion zu schnellen genomweiten evolutionären Verschiebungen in Allelfrequenzen in natürlichen Populationen führen kann, und unterstreichen die Nützlichkeit der Kombination von Wiederbelebungsexperimenten in natürlichen Populationen mit Genomik zur Untersuchung der genetischen Basis der adaptiven Evolution.