Новосибирские ученые из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН обнаружили дубликаты генов, которые важны для корректного деления клеток, в геномах некоторых злаков. Дубликация произошла 35–40 млн лет назад. Сохранение в течение столь длительного времени указывает на важность этих изменений для адаптации видов. Результаты исследования опубликованы в журнале BMC Plant Biology.
Уникальная ДНК (или более привычно — гены) — это кодирующие участки генома, в которых зашифрованы аминокислотные последовательности белков. Любопытно то, что гены составляют лишь малую долю в геноме: если у человека это 3–5%, то у злаков и вовсе 1–2%. Остальную часть генома в основном составляют различные повторы. Ранее считалось, что большинство генов имеют только одну копию, а те гены, которые кодируют рРНК или какие-либо запасные вещества, могут иметь множество дубликатов. Однако недавно ученые выяснили, что явление дубликации генов гораздо более распространено. Так, иногда удваивается весь геном — это явление называется полиплоидией. Оно распространено у растений. Также может происходить удвоение только отдельных фрагментов генома в ходе сегментальных дубликаций. Обычно, если копии генов не приобрели никаких функций в процессе эволюции, со временем они удаляются из генома. Тем не менее это может быть не всегда так.
Российские ученые исследовали количество копий и структуру гена, который кодирует центромерный гистон, у разных организмов. Этот белок определяет расположение центромер и корректность их работы, то есть выполняет важные функции, участвуя в процессе деления клеток. Для сравнения исследователи выбрали геномы широко культивируемых злаков — риса, кукурузы, пшеницы, ячменя, ржи. Как оказалось, рис и кукуруза, которые относятся к одной эволюционной ветви, содержат одну копию гена центромерного гистона. В то же время пшеница, ячмень и рожь, относящиеся к другой эволюционной ветви, имеют дубликат этого гена. Биологи определили, что дубликация произошла 35–40 миллионов лет назад. Для этого они проанализировали последовательности ДНК и использовали метод «молекулярных часов».
Ученые обнаружили интересную особенность дубликатов гена центромерного гистона. В нем уменьшилось количество экзонов (кодирующих участков ДНК), а также изменился порядок их чередования с интронами (некодирующими участками ДНК). При этом в результате таких метаморфоз дубликат гена не стал нефункциональным «псевдогеном» и не был удален из генома в ходе так называемой очищающей селекции.
«Пока не очень понятно, зачем вообще было необходимо удвоение, если другие злаковые, такие как рис и кукуруза, спокойно обходятся одним геном и процветают, занимая огромные ареалы. Кроме того, загадкой остается и то, почему произошло укорочение: например, у некоторых представителей бобовых тоже есть вторая копия этого гена, однако она не отличается от родительской ни размером, ни экзон-интронной структурой. Ответ на эти вопросы поможет решить загадку избыточной ДНК, но пока его у нас нет», — прокомментировал Александр Вершинин, один из авторов исследования.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
