Биология

Что, если эволюция не зависит от случая?

Исследование, проведенное Институтом биологии Макса Планка в Тюбингене (Германия) и Калифорнийским университетом в Дэвисе (США), ставит под сомнение наше традиционное представление об эволюции как происходящей посредством случайных мутаций в геномах видов. Эти результаты изменят наш подход к одомашниванию растений, а также к раковым заболеваниям.

Недавно открытия в области биологии генома побудили пересмотреть общепринятые взгляды. Сегодня известно, что состав нуклеотидов, эпигенетические особенности и вариации в репарации ДНК могут влиять на вероятность возникновения мутаций в различных местах генома.

Если мутация дает индивидууму преимущество в определенный момент времени, она, скорее всего, сохранится и передастся последующим поколениям. Это не относится к пагубным мутациям, которые не будут передаваться по наследству, поскольку они влияют, например, на выживание особи или ее способность к размножению, и поэтому устраняются естественным отбором.

Грэй Монро, доцент кафедры растениеводства Калифорнийского университета в Дэвисе и ведущий автор исследования, отмечает: "Мы всегда считали, что мутации в геноме происходят случайно. Оказалось, что картина мутаций не только в высшей степени случайна, но и неслучайна, что идет на пользу растению".

Исследователи сосредоточились на виде Arabidopsis thaliana, по которому имеется достаточно генетических данных для изучения мутаций de novo (то есть новых мутаций, которых ни один из родителей не имеет в своем генетическом наследии) в большом количестве.

Розетка листьев Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana).

Растения выращивались в среде, благоприятствующей их развитию, даже с вредными мутациями, которые, согласно нашему историческому взгляду на эволюцию, должны быть устранены путем естественного отбора. Таким образом, авторы смогли перечислить и статистически проанализировать все возникающие мутации, чтобы определить, связаны ли эти мутации с эпигенетическими характеристиками, то есть с факторами, которые регулируют, контролируют гены, но не кодируются последовательностью ДНК.

Исследователи смогли определить области генома, которые, как оказалось, были более подвержены мутациям, и области, где мутации встречались реже. Затем они связали эти различия, с одной стороны, с местоположением мутации, а с другой - с качеством затронутых генов. В первом случае частота мутаций была на 58% ниже в телах генов, чем в соседнем межгенном пространстве. Во втором случае мутации реже происходили в генах, жизненно важных для растения, в отличие от генов со специализированными функциями (например, реакция на окружающую среду).

"Именно эти области генома [содержащие жизненно важные гены] наиболее подвержены негативному воздействию новых мутаций, — объясняет Вайгель, — и поэтому репарация повреждений ДНК, по-видимому, особенно эффективна в этих областях". Однако он отмечает, что "важные регионы [...] также могут эволюционировать, хотя и медленнее, чем другие части генома".

Другой ключевой вывод заключается в том, что связанные с ДНК белки влияют на возникновение или отсутствие мутаций. Гены, которые необходимы растению, имеют сильные ассоциированные эпигенетические особенности (репарация, регуляция экспрессии генов), которые приводят к низкой частоте мутаций. Растение защищает эти жизненно важные гены от мутаций с помощью так называемой мутационной предвзятости. Чтобы понять адаптивное значение этого мутационного перекоса, давайте рассмотрим пример с игральными костями (эпигенетическими факторами) с пониженной вероятностью выпадения низких чисел (т.е. пагубных мутаций) и, соответственно, повышенной вероятностью выпадения высоких чисел (т.е. полезных мутаций).

Таким образом, эти открытия могут помочь нам предсказать, какие гены потенциально подвержены мутациям, важным элементам, связанным с развитием заболеваний у людей, таких как рак. Это "защитит гены человека от мутаций", — объясняет Монро.

Очевидно, что необходимо проверить степень и масштабы мутационной предвзятости за пределами Arabidopsis thaliana (растения, на котором проводилось исследование). Поскольку это адаптивное смещение мутаций является продуктом эволюции, оно может различаться между организмами. В свете этих первых выводов мутация больше не представляется бесцельной силой в эволюции, а потенциально новым инструментом для понимания эволюции и полезным для человеческой медицины.

Подписывайтесь на нас
Back to top button