Abstract
Sukupuolten välisen sukusolujen kokodimorfismin (anisogamian) on ennustettu kehittyneen isogamaattisesta järjestelmästä, jossa sukupuolilla on samankokoiset, monomorfiset sukusolut. Vaikka adaptiivisia selityksiä anisogamian evoluutiolle on runsaasti, meiltä puuttuu vertailukelpoinen näkemys molekyylimuutoksista, jotka saavat aikaan siirtymisen monomorfismista dimorfismiin. Allomyces-perussieniryhmä tarjoaa ainutlaatuiset mahdollisuudet tutkia genomimuutoksia, jotka liittyvät tähän siirtymään läheisesti sukua olevissa lajeissa, joilla on joko isogaminen tai anisogaminen pariutumisjärjestelmä. Anisogaamisilla lajeilla on sukupuolista dimorfismia sukusolujen koossa, lukumäärässä, pigmentaatiossa ja liikkuvuudessa. Sekvensoimme transkriptomit viidestä Allomyces-isolaatista, jotka edustavat kahta pariutumisjärjestelmää, mukaan lukien anisogamisten lajien sekä uros- että naarasfenotyypit. MESQUITE-ohjelmalla suoritettu maksimaalisen todennäköisyyden mukainen esi-isän ominaisuustilan rekonstruktio käyttäen de-novo koottuja transkriptomeja osoitti, että anisogamia on todennäköisesti kehittynyt kerran Allomyces-lajissa ja että se on johdettu ominaisuus, kuten teoriassa ennustetaan. Havaitsimme, että Allomycesin seksuaaliset vaiheet ilmentävät useiden sellaisten geenien homologeja, joiden tiedetään osallistuvan sukupuolen määritykseen malliorganismeissa, kuten Drosophilassa ja ihmisessä. Lisäksi CatSper-homologien ilmentyminen analyysimme uros- ja naaraspuolisissa näytteissä tukee hypoteesia, jonka mukaan sukusolujen vuorovaikutus Allomycesin anisogamisissa lajeissa voi sisältää samanlaisia molekyylitapahtumia kuin munasolujen ja siemennesteen vuorovaikutus eläimissä, mukaan lukien ihmisissä. Vaikka kumpaakin pariutumisjärjestelmää edustavat kannat jakoivat suuren osan transkriptomista, mikä tukee viimeaikaista yhteistä esi-isää, evoluutionopeuden analyysi yksittäisten geenipuiden avulla osoittaa korkeita substituutionopeuksia ja eroavaisuuksia kantojen välillä. Yhteenvetona toteamme, että anisogamia on todennäköisesti kehittynyt kerran Allomyces-heimossa käyttäen samankaltaisia mekanismeja kuin muissa taksoneissa.