Abstract
Es wird vorausgesagt, dass sich der Größendimorphismus zwischen den Geschlechtern (Anisogamie) aus einem isogamen System entwickelt hat, in dem die Geschlechter gleich große, monomorphe Gameten haben. Obwohl es viele adaptive Erklärungen für die Evolution der Anisogamie gibt, fehlen uns vergleichbare Erkenntnisse über die molekularen Veränderungen, die den Übergang vom Monomorphismus zum Dimorphismus bewirken. Die basale Pilzgruppe Allomyces bietet einzigartige Möglichkeiten, genomische Veränderungen zu untersuchen, die mit diesem Übergang bei eng verwandten Arten verbunden sind, die entweder isogame oder anisogame Paarungssysteme aufweisen. Die anisogamen Arten weisen einen sexuellen Dimorphismus in Bezug auf Größe, Anzahl, Pigmentierung und Beweglichkeit der Gameten auf. Wir haben die Transkriptome von fünf Allomyces-Isolaten sequenziert, die die beiden Paarungssysteme repräsentieren, darunter sowohl männliche als auch weibliche Phänotypen der anisogamen Arten. Die mit maximaler Wahrscheinlichkeit durchgeführte Rekonstruktion des Zustands der Vorfahren in MESQUITE unter Verwendung der neu zusammengestellten Transkriptome deutet darauf hin, dass sich die Anisogamie wahrscheinlich einmal in Allomyces entwickelt hat und ein abgeleitetes Merkmal ist, wie in der Theorie vorhergesagt. Wir fanden heraus, dass die sexuellen Stadien von Allomyces Homologe mehrerer Gene exprimieren, von denen bekannt ist, dass sie an der Geschlechtsbestimmung in Modellorganismen wie Drosophila und Menschen beteiligt sind. Darüber hinaus stützt die Expression von CatSper-Homologen in männlichen und weiblichen Proben in unserer Analyse die Hypothese, dass die Interaktion der Gameten in den anisogamen Arten von Allomyces ähnliche molekulare Ereignisse beinhaltet wie die Interaktion zwischen Ei und Spermium bei Tieren, einschließlich des Menschen. Obwohl die Stämme, die beide Paarungssysteme repräsentieren, einen großen Teil des Transkriptoms gemeinsam haben, was auf eine gemeinsame Abstammung in jüngerer Zeit hindeutet, zeigt die Analyse der Evolutionsrate anhand einzelner Genbäume hohe Substitutionsraten und Divergenz zwischen den Stämmen. Zusammenfassend stellen wir fest, dass sich die Anisogamie wahrscheinlich einmal in Allomyces entwickelt hat, wobei konvergente Mechanismen zu denen in anderen Taxa genutzt wurden.