Исследования показывают, что мутации ДНК не случайны и могут приводить к образованию новых генов

Генетики опровергли одно из положений теории Дарвина Исследователи из Германии и США доказали что мутации ДНК благодаря которым эволюционируют организмы неслучайны Согласно же эволюционной теории Дарвина мутации происходят случайным образом а потом закрепляются те из них которые дают определенные преимущества Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Мутации происходят когда ДНК после повреждения не восстанавливается в прежнем виде а создает новую вариацию Мы всегда считали мутации в геноме растений случайными приводятся в пресс релизе Калифорнийского университета в Дейвисе слова первого автора статьи доцента кафедры растениеводства Грея Монро Grey Monroe Оказывается мутации совсем не случайны в том смысле что они приносит пользу растению Это совершенно новый взгляд на мутацию За три года исследования авторы провели секвенирование ДНК сотен растений Arabidopsis thaliana небольшого сорного цветка который среди генетиков считается модельным растительным организмом из за его относительно небольшого генома включающего около 120 миллионов пар оснований Для сравнения в геноме человека примерно три миллиарда пар оснований Работу проводили в Институте биологии развития Макса Планка в Германии где исследователи выращивали образцы в защищенной лабораторной среде что позволяло растениям с дефектами которые возможно не сохранились бы в природе выживать в контролируемом пространстве Секвенирование выявило более одного миллиона мутаций среди которых ученые выявили неслучайную закономерность противоречащую тезису эволюционной теории о случайности мутаций Они обнаружили что в участках генома отвечающих за рост клеток и экспрессию генов мутации происходят очень редко Наиболее биологически важные области генома защищены от мутаций В этих регионах особенно эффективно происходит восстановление повреждений ДНК объясняет руководитель исследования научный директор Института Макса Планка Детлеф Фейгель Detlef Weigel Растение разработало способ защитить свои самые важные места от мутаций Это захватывающе потому что мы могли бы использовать это открытие чтобы подумать как защитить человеческие гены от мутаций Авторы установили что способ обертывания ДНК вокруг белков указывает на то будет мутировать тот или иной ген или нет Это означает что мы можем предсказать какие гены мутируют с большей вероятностью добавляет ученый Исследователи надеются что эти знания помогут селекционерам которые полагаются на генетическую изменчивость для получения более качественных культур а также позволят в будущем разработать новые методы лечения заболеваний вызванных мутациями в том числе рака СВЕТ РАЗУМА ПОДПИСАТЬСЯ

Биологи описали механизм рождения новых генов у плодовых мушек Грани РАН Сотрудники Института биологии развития им Н К Кольцова РАН и Института биологии гена РАН обнаружили что новые гены у плодовых мушек могут формироваться из консервативных некодирующих участков ДНК Учёные исследовали присущий только мушкам дрозофилам ген lawc выяснилось что у всех видов плодовых мушек ген lawc имеет два консервативных участка фрагмента структура которых почти не менялась в процессе эволюции Эти элементы расположены в некодирующей регуляторной области другого гена Trf2 то есть последовательности этих генов перекрываются и именно они могли стать основой для формирования новой кодирующей последовательности lawc Наша работа показала что новые гены могут возникать на базе консервативных регуляторных последовательностей которые уже присутствуют в геноме Это позволяет по новому взглянуть на механизмы образования генов и их роль в эволюции живых организмов Потенциально подобные механизмы можно будет использовать в биотехнологии например для создания искусственных генов с интересующими учёных свойствами В дальнейшем мы планируем исследовать как эволюционировали эти совместно работающие гены в условиях их перекрытия В частности мы хотим оценить роль малых молекул микроРНК в процессе такой адаптации поскольку известно что они представляют собой особый уровень контроля работы генов Кроме того исследование позволит ответить на вопрос могли ли за относительно короткий срок существования молодого гена сформироваться условия для его контроля со стороны малых молекул микроРНК рассказывает руководитель проекта Ольга Симонова Авторы также выяснили что ген lawc работает на всех стадиях развития дрозофил от личинок до взрослых особей и в самых разных органах и тканях от нервной системы до половой Это необычно поскольку чаще всего гены образующиеся из некодирующих последовательностей активны локально например только в семенниках Исследователи также создали мутантных мух у которых ген lawc был удалён Отсутствие этой последовательности в геноме никак не повлияло на выживаемость и плодовитость насекомых но подействовало на работу перекрывающегося с ней гена Trf2 что говорит об их функциональной взаимосвязи Результаты исследования поддержанного грантом РНФ опубликованы в статье The lawc gene emerged de novo from conserved genomic elements and acquired a broad expression pattern in Drosophila Roman O Cherezov Julia E Vorontsova Elena E Kuvaeva Angelina A Akishina Ekaterina L Zavoloka Olga B Simonova

Ученые из Института биологии гена РАН и Института биологии развития имени Н К Кольцова РАН выяснили что у плодовых мушек новые гены могут формироваться из консервативных некодирующих участков ДНК К такому выводу авторы пришли исследовав ген lawc который есть только у дрозофил Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда У эукариот организмов с клеточным ядром например грибов растений и животных фрагменты ДНК состоят из чередующихся участков экзонов и интронов Экзоны несут информацию о структуре белка тогда как интроны не кодируют его напрямую и на этапе синтеза вырезаются Тем не менее интроны могут содержать важные регуляторные элементы например энхансеры которые влияют на скорость белкового синтеза В ходе эволюции именно в таких регуляторных зонах возможны мутации способные привести к появлению новых генов на месте ранее некодирующей ДНК Случаи подобного рождения новых генов уже описаны для многих организмов включая человека однако механизм этого процесса оставался не до конца понятен В новой работе ученые исследовали как формируются новые гены из некодирующих последовательностей ДНК на примере плодовой мушки Drosophila melanogaster Биологи обратили внимание на описанный ранее ген lawc который кодирует короткий ядерный белок участвующий в регуляции работы генов Исследование показало что эта последовательность есть только у дрозофил представителей семейства Drosophilidae а у других насекомых ее нет Проанализировав данные о происхождении плодовых мушек авторы уточнили эволюционную историю гена lawc и обнаружили что он появился около 68 миллионов лет назад у общего предка дрозофил Ученые выяснили что у всех видов плодовых мушек ген lawc имеет два консервативных участка структура которых почти не менялась в процессе эволюции Эти элементы расположены в некодирующей регуляторной области гена Trf2 последовательности частично перекрываются и именно они могли послужить основой для формирования новой кодирующей последовательности lawc Анализ экспрессии показал что lawc работает на всех стадиях развития организма и в разных тканях от нервной системы до половой Это необычно поскольку чаще всего гены образующиеся из некодирующих последовательностей активны локально В эксперименте с удалением lawc выживаемость и плодовитость мушек не изменились однако нарушилась работа гена Trf2 что указывает на их функциональную взаимосвязь Полученные данные показывают что новые гены могут возникать на базе уже существующих регуляторных последовательностей и встраиваться в сложные генетические сети Это открывает перспективы для понимания эволюционных механизмов и создания искусственных генов в биотехнологии В дальнейшем мы планируем исследовать как эволюционировали эти совместно работающие гены в условиях их перекрытия В частности мы хотим оценить роль малых молекул микроРНК в процессе такой адаптации поскольку известно что они представляют собой особый уровень контроля работы генов Кроме того исследование позволит ответить на вопрос могли ли за относительно короткий срок существования молодого гена сформироваться условия для его контроля со стороны малых молекул микроРНК рассказывает руководитель проекта поддержанного грантом РНФ Ольга Симонова доктор биологических наук старший научный сотрудник отдела регуляции генетических процессов Института биологии гена РАН Результаты опубликованы в Journal of Genetics and Genomics Подробнее в материале газеты Коммерсант новостинауки РНФ биология