Ученые из Института биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН и Института биологии гена РАН обнаружили, как возникают новые гены у плодовых мушек. Они появляются из консервативных участков ДНК, ранее считавшихся полностью неактивными. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Genetics and Genomics.
Исследователи обнаружили, что мушки-дрозофилы прекрасно обходятся без одного из своих генов, что было неожиданно. Зачем нужен этот ген, пока неясно. Это открытие может помочь нам понять, как появляются новые гены в процессе эволюции, в том числе и у людей.
У эукариотов (организмов с ядрами в клетках) гены устроены сложно. Они состоят из двух типов участков — экзонов и интронов. Экзоны содержат информацию о том, как построить белок, и поэтому очень важны. Интроны же раньше считались клетками, не содержащими полезной информации. Хотя интроны сами по себе не определяют структуру белка, они могут содержать определенные регуляторы — участки, которые контролируют, как быстро белок будет создаваться. Иногда в этих регуляторных участках происходят изменения, и на месте интрона может возникнуть совершенно новый ген. Такие случаи «рождения» генов уже наблюдались у многих живых организмов, включая человека, но как именно это происходит, до конца не ясно.
Чтобы понять, как появляются новые гены из участков ДНК, которые раньше не кодировали белки, ученые использовали плодовых мушек дрозофил.
Ученые заинтересовались геном под названием lawc, который создает небольшой белок в ядре клетки, помогающий контролировать работу других генов. Оказалось, что этот ген есть только у дрозофил, а у других насекомых его нет. Изучив историю эволюции дрозофил, ученые выяснили, что ген lawc возник примерно 68 млн лет назад у предка всех современных дрозофил.
Исследователи обнаружили, что у всех видов дрозофил ген lawc содержит два участка, которые почти не изменились с течением времени. Эти неизменные участки находятся в регуляторной области другого гена, Trf2 (гены частично накладываются друг на друга). Предполагается, что именно эти участки регуляторной области Trf2 и стали основанием, из которого построился новый ген lawc.
Ученые вывели мушек с удаленным геном lawc. Это никак не сказалось на их способности выживать и размножаться. Однако это повлияло на работу гена Trf2, с которым lawc частично перекрывается. Это говорит о том, что два гена связаны между собой и влияют друг на друга.
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.
Ученые планируют продолжить работу, в частности, исследовать, как эволюционировали эти совместно работающие гены в условиях их перекрытия, оценить роль малых молекул микроРНК в процессе адаптации.
Ранее Наука Mail сообщала о том, как крылья микрожуков стали легче в ходе эволюции.
