Российские ученые описали необычную мутацию мушек-дрозофил
Сотрудники Института биологии развития имени Кольцова РАН и Института биологии гена РАН обнаружили необычный механизм формирования генов у мушек-дрозофил. Источником становятся консервативные некодирующие участки ДНК, которые фактически не меняются в ходе эволюции. Выводы были сделаны на основании анализа специфического гена lawc, который бывает только у плодовых мушек.
Дрозофилы благополучно живут и плодятся даже после удаления такой особенности. Ее функции до сих пор не ясны. Но открытие позволит лучше понять процесс формирования новых генов у других животных и у человека. Результаты экспериментов опубликованы в издании Journal of Genetics and Genomics.
У организмов-эукариот, имеющих клеточные ядра, гены — участки ДНК, которые кодируют белки, — состоят из чередующихся отрезков. Они называются экзонами и интронами. Экзоны содержат информацию о структуре белка для дальнейшего синтеза. Интроны белки не кодируют, и на одном из этапов, предшествующих синтезу белка, они исключаются из цепочки. Иными словами, они не играют непосредственной роли в формировании структуры белка, но могут нести разные регуляторы, например, усилители скорости белкового синтеза (так называемые энхансеры). Однако на таких регуляторных участках в процессе эволюции могут возникать мутации. Они приводят к появлению новых генов на месте некодирующей ДНК. Случаи «рождения на пустом месте» описаны для многих организмов, в том числе человека. Но что включает механизм такого «творчества», оставалось ученым непонятным.
Сотрудники ИБГ РАН и ИБР РАН изучили, как из некодирующих последовательностей ДНК рождаются новые гены на примере Drosophila melanogaster, одного из любимых модельных организмов зоологов и генетиков. Плодовая мушка быстро размножается и неприхотлива в содержании, у нее полностью расшифрован геном.
Упомянутый ранее lawc кодирует короткий ядерный белок, регулирующий работу таких участков ДНК. Эксперименты показали, что он есть только у представителей семейства Drosophilidae, другие насекомые этой последовательности не имеют. Проанализировав историю эволюции мушек, авторы уточнили и историю lawc. Оказалось, что он возник 68 миллионов лет назад у общего «пращура» всех дрозофил.
У всех видов дрозофил lawc содержит два консервативных участка, структура которых не менялась все 68 миллионов лет. Эти элементы находятся в некодирующей области другого гена — Trf2. В результате возникают перекрывающиеся последовательности двух генов. Ученые предположили, что именно это могло стать базой для образования кодирующей последовательности lawc. Говоря простыми словами, минус на минус дал плюс.
Авторы выяснили, что lawc функционирует на протяжении всего метаморфоза дрозофил (от личинок до особей-имаго) и проявляет себя в разных тканях и органах. Это нестандартно, обычно гены, сформированные из некодирующих участков ДНК, обладают локальной активностью, например проявляют себя только в половых органах самцов.
В ходе экспериментов авторы вывели мутантных мушек без awc. Его отсутствие не отразилось на выживаемости и продуктивности насекомых. Однако нехватка сказалась на работе ассоциированного с ним Trf2, что подтверждает их функциональную взаимозависимость.
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 ученых свойствами. В дальнейшем мы планируем исследовать, как эволюционировали эти совместно работающие гены в условиях их перекрытия. В частности, мы хотим оценить роль … микроРНК в процессе такой адаптации (…). Кроме того, исследование позволит ответить на вопрос: могли ли за относительно короткий срок существования молодого гена сформироваться условия для его контроля со стороны микроРНК.Ольга Симоновадоктор биологических наук, старший научный сотрудник отдела регуляции генетических процессов Института биологии гена РАН.
Еще о подвигах мушек-дрозофил во имя науки можно узнать в подборке материалов Hi-Tech Mail.
