Ключ к тайне быстро развивающихся генов был найден в «мусорной ДНК» | Журнал "Вольт"
Вс. Ноя 29th, 2020


Давняя загадка эволюции заключается в том, почему новые гены – те, которые, кажется, возникают из ниоткуда – могут быстро взять на себя функции, необходимые для выживания организма.

Новое исследование плодовых мушек может помочь решить эту загадку. Это показывает, что некоторые новые гены быстро приобретают решающее значение, потому что они регулируют тип ДНК, называемый гетерохроматином. Когда-то считающийся «мусорной ДНК», гетерохроматин на самом деле выполняет множество важных задач, в том числе действует как строго охраняемая тюрьма: он блокирует гены «плохих актеров», не позволяя им включиться и нанести ущерб.

Гетерохроматин также является одним из наиболее быстро изменяющихся фрагментов ДНК в организме, поэтому гены, которые его регулируют, должны быстро адаптироваться, чтобы не отставать, эволюционный биолог Хармит Малик из Центра исследования рака Фреда Хатчинсона в Сиэтле и его коллеги сообщают онлайн, ноябрь 10 дюйм eLife.

«Эта работа является важной вехой», – сказал Маньюан Лонг, биолог-эволюционист из Чикагского университета, не принимавший участия в исследовании. «Это действительно удивительно, видеть такую ​​важную роль, которую гетерохроматин играет в эволюции генов».

Ученые задокументировали множество случаев, когда гены возникают на пустом месте и придают организму новые способности. Например, один такой ген у рыб производит новый антифризный белок; другой в мухах необходим для полета.

Около десяти лет назад исследователи обнаружили, что новые гены не просто наделяют новыми функциями; некоторые действительно могут быть необходимы для выживания. В плодовой мушке Drosophila melanogaster, до 30 процентов важнейших генов являются «новыми», причем некоторые из них возникли всего 3 миллиона лет назад, что является моментом в эволюционных временных масштабах. Это открытие опровергло давнее убеждение, что важные гены на самом деле не сильно меняются в ходе эволюции.

Команда Малика исследовала большое семейство генов у плодовых мушек, которые регулируют другие гены, включая и выключая их для выполнения различных задач в клетке. Было обнаружено, что в семействе из 70 или около того генов гены, которые развивались более быстро, с большей вероятностью контролировали важные функции мух. Фактически, 67 процентов быстро развивающихся генов были важны по сравнению с 20 процентами в группе более медленно развивающихся.

«Эта догма полностью противоположна тому, чего можно было ожидать», – сказал Малик.

Команда обнаружила, что один из новых важных генов, получивший название Никнак, издает инструкции для белка, который связывается с гетерохроматином, хотя детали остаются неизвестными.

Чтобы увидеть, как быстро Никнак мог взять на себя важную функцию, исследователи заменили Никнак ген в D. melanogaster с Никнак ген в его ближайшем эволюционном родственнике, D. simulans. Два вида мух разделились на две ветви дерева плодовых мух примерно 2,5 миллиона лет назад. Ученые обычно ожидают Никнак ген S. симулянты быть в основном таким же, как в Д. меланогастр, потому что это важно и, следовательно, не сильно изменилось бы за короткий промежуток времени (с точки зрения эволюции) в пару миллионов лет.

Они проверили эту теорию, заменив ген из Д. симулянты в Д. меланогастаr fly, ожидая, что если бы гены были такими же, обмен не имел бы никакого эффекта. Но вместо этого женские файлы прекрасно пережили обмен, но все мужские погибли. Малик считает, что разница между полами связана с гетерохроматином: в Y-хромосоме его много.

«Это как если бы [D.] симулянты [Nicknack gene] входит со связанной за спиной рукой, – говорит Малик. «Он достаточно хорош, чтобы выполнять свою функцию у самок мух, но у самцов мух, где есть огромный блок гетерохроматина, он не может». Другими словами, ген одного вида не соответствует своему аналогу другого вида.

Результат предполагает, что за 2,5 миллиона лет, прошедшие после разделения двух видов, D. melanogaster развил свою собственную версию Никнак. И поскольку своп отрицательно повлиял на самцов с их обилием гетерохроматина в Y-хромосоме, исследователи пришли к выводу, что Никнак должен играть важную роль в регуляции гетерохроматина. А поскольку гетерохроматин развивается так быстро, Никнак ген тоже должен быстро развиваться, чтобы он не устарел.

Затем Малик надеется провести дополнительные исследования, чтобы понять точную функцию Никнак. Это может помочь пролить свет на роль гетерохроматина в формировании скорости и хода эволюции. По его словам, ученые только начинают понимать, во многих отношениях эта «мусорная ДНК» не является мусором.



Source link

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *