Мутации ДНК, движущие эволюцию, обычно считаются довольно случайными, но новое исследование предполагает, что в этом хаосе есть некий порядок. Сравнивая геномы сотен растений, выращенных в лаборатории, группа ученых обнаружила, что мутации в генах, необходимых для выживания, происходят гораздо реже.
Случай играет большую роль в эволюции. Принято считать, что мутации ДНК будут возникать в геноме организма случайным образом, и если эти новые черты помогут организму выжить и размножаться, то эти мутации будут передаваться следующему поколению. За достаточно длительный период признаки могут стать характерными для популяции или вида.
Но существует ли закономерность в том, где в геноме происходят мутации ДНК? Чтобы исследовать это, исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе и Института Макса Планка вырастили в лаборатории сотни растений кресс-салата, затем секвенировали их геномы и сравнили, где произошли мутации ДНК, и, похоже, возникла неслучайная закономерность.
«Мы всегда думали о мутациях как о случайных событиях в геноме», — говорит Грей Монро, ведущий автор исследования. «Оказывается, мутация очень неслучайна и не случайна в том смысле, что приносит пользу растению. Это совершенно новый взгляд на мутацию».
Выращивая растения в контролируемых лабораторных условиях, команда стремилась устранить неслучайное влияние естественного отбора, гарантируя, что растения, которые обычно не выживают в реальном мире, не будут отсеяны какими-либо негативными мутациями.
В сотнях геномов растений команда выявила более миллиона мутаций, которые, казалось, были сконцентрированы в определенных частях генома. При этом оставались участки с неизменно низким уровнем мутаций, на треть ниже от таковых в других регионах. Когда ученые проверили, какие гены расположены в этих участках, они обнаружили множество весьма важных генов, в том числе участвующих в росте клеток и экспрессии генов.
«Это действительно важные области генома», — говорит Монро. «Области, которые являются наиболее биологически важными, защищены от мутаций».
Интересно, что эти области также, по-видимому, обладают более сильными механизмами восстановления повреждений ДНК, что указывает на своего рода метод укрепления, чтобы гарантировать, что эти важные последовательности останутся функциональными.
«Растение научилось защищать свои самые важные места от мутаций», — говорит Детлеф Вайгель, старший автор исследования. «Это захватывающе, потому что мы могли бы даже использовать эти открытия, чтобы подумать о том, как защитить человеческие гены от мутаций».
Новое исследование дополняет растущий объем работ, которые углубляют наше понимание роли мутаций ДНК в эволюции. Исследование 2014 года показало, что мутации чаще возникают вблизи повторяющихся последовательностей, а другое исследование 2019 года выявило горячие точки мутаций в сайтах рекомбинации, где хромосомы от каждого родителя спариваются.
Исследователи нового исследования говорят, что эта работа может в конечном итоге привести к улучшениям в разработке более качественных сельскохозяйственных культур и даже к контролю заболеваний человека, вызванных мутациями ДНК, таких как некоторые виды рака. Но до каких-либо приложений в этих областях, несомненно, еще далеко.
Исследование опубликовано в журнале Nature..
Источник: UC Davis
