Repeat sequences limit the effectiveness of lateral gene transfer and favored the evolution of meiotic sex in early eukaryotes

生物 减数分裂 遗传学 基因组 同源重组 基因 异位重组 重组 水平基因转移 系统发育树 遗传重组 同源染色体
作者
Marco Colnaghi,Nick Lane,Andrew Pomiankowski
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:119 (35) 被引量:7
标识
DOI:10.1073/pnas.2205041119
摘要

The transition from prokaryotic lateral gene transfer to eukaryotic meiotic sex is poorly understood. Phylogenetic evidence suggests that it was tightly linked to eukaryogenesis, which involved an unprecedented rise in both genome size and the density of genetic repeats. Expansion of genome size raised the severity of Muller’s ratchet, while limiting the effectiveness of lateral gene transfer (LGT) at purging deleterious mutations. In principle, an increase in recombination length combined with higher rates of LGT could solve this problem. Here, we show using a computational model that this solution fails in the presence of genetic repeats prevalent in early eukaryotes. The model demonstrates that dispersed repeat sequences allow ectopic recombination, which leads to the loss of genetic information and curtails the capacity of LGT to prevent mutation accumulation. Increasing recombination length in the presence of repeat sequences exacerbates the problem. Mutational decay can only be resisted with homology along extended sequences of DNA. We conclude that the transition to homologous pairing along linear chromosomes was a key innovation in meiotic sex, which was instrumental in the expansion of eukaryotic genomes and morphological complexity.
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