Что вы знаете о мутациях, происходящих в ДНК? Наверное, примерно следующее: наш генетический материал постоянно изменяется. Порой это происходит в результате сбоя или ошибки, нашествия на организм патогена или под влиянием внешних условий. В общем, происходят постоянные изменения, которые могут тут же исправляться, а могут закрепляться (если тому благоволят обстоятельства).
Если повезёт, то мутация, передавшаяся следующим поколениям, делает их более выносливыми или устойчивыми к чему-нибудь. Впрочем, бывает и наоборот, и тогда "мутантный вариант" природой отбраковывается. Всё это вместе можно подтянуть под понятие эволюции.
Распространённое заблуждение, кстати, что эволюция имеет некое "чувство" направления. На самом деле "колесо просто вращается, оно не может чего-то хотеть". Ботаники и биологи всего мира постоянно об этом напоминают: неудачные варианты исчезают сами собой.
Но новое исследование показало, что в этом распространённом заблуждении может быть не доля, но подобие правды.
Недавно исследователи, изучавшие резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana), весьма популярное у биологов растение, выяснили, что не все ДНК одинаковы, когда дело доходит до изменчивости. По крайней мере, не в случае резуховидки Таля.
«Мы всегда считали, что мутации случайны, — отмечает Грей Монро из Калифорнийского университета в Дэвисе. — Оказывается, мутации происходят неслучайно, и они неслучайны настолько, что приносят пользу растению. Это совершенно новый взгляд на мутации».
Чтобы генетическая мутация (или вариант) возникла, несколько вещей должны пройти "правильно". Во-первых, ДНК должна быть изменена в клетках зародышевой линии — клетках, которые передают свой генетический материал потомкам организмов.
После это "повреждение" должно ускользнуть от нескольких клеточных механизмов, которые постоянно начеку и предотвращают передачу таких "опечаток". Если не справляются системы починки ДНК, а клетке от "повреждения" становится очень уж плохо, то происходит запрограммированная гибель клеток (апоптоз).
Если же мутация ускользает от внимания всех этих механизмов, она может быть передана следующему поколению.
При этом мутация, несмотря на весь негативный оттенок, который присущ этому слову, это далеко не всегда плохо. Большинство мутаций, которые включают изменение одной «буквы» ДНК, являются нейтральными, поскольку они не приводят к каким-либо существенным изменениям во внешнем виде или функциях организма.
Но для тех, которые вызывают действительно серьёзные изменения, то, останутся ли они в следующих поколениях, зависит от прихотей естественного отбора. Ранее считалось, что именно в этот момент эволюция в основном и отделяла хорошие мутации от плохих. Если мутация препятствует выживанию растения или животного, вряд ли она сохранится надолго.
Также считалось, что сама мутация могла произойти, где угодно.
Монро и его коллеги решили проверить, что мутации действительно случайным образом распределяются по геному. Они проанализировали геномы 400 линий растений, и, к их удивлению, обнаружили, что это не так.
Вместо этого они обнаружили, что некоторые области генома растения гораздо более подвержены мутациям, чем другие.
«Это действительно важные области генома, — говорит Монро. — Области, которые являются наиболее биологически важными, были наиболее защищены от мутаций».
Любопытно, что это оставалось верным независимо от того, рассматривали ли они кодирующие или некодирующие части генетического кода. Это натолкнуло их на мысль о том, что дело не в конкретных типах ДНК, а в регионе генома в целом. Кроме того, выяснилось, что и другие особенности "жизни" нитей ДНК указывали на то, что определённые области генома были менее подвержены мутациям.
А теперь самое приятное. Из этого открытия мы можем вынести более чем практическую пользу. Во-первых, это поможет современным селекционерам. А во-вторых, пригодится учёным-медикам, например, тем, которые разрабатывают способы борьбы с раком.
Знание того, как обстоят дела с мутациями у резуховидки Таля, может иметь значение не только для других растений, но и для понимания эволюции и болезней почти всех видов.
«Это означает, что мы можем предсказать, какие гены с большей вероятностью будут мутировать, — говорит Детлеф Вайгель, научный руководитель Института Макса Планка и ведущий автор исследования. — Это захватывающе, потому что мы могли бы даже использовать эти открытия, чтобы подумать о том, как защитить человеческие гены от мутаций».
Таким образом, хотя индивидуальная мутация действительно всё ещё случайна с точки зрения её последствий, положение её в геноме "смещено в пользу" выживания организма ещё до того, как любые возможные эффекты мутации вступят в игру и будут приняты или отсеяны в ходе естественного отбора.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Мы пишем про достижения науки, суперсовременные технологии и их внедрение, рассказываем о том, каким будет будущее. Если вам нравятся наши новости, подписывайтесь на наш канал и не забывайте ставить лайки. Эти нехитрые действия помогают нам в развитии и сборе средств для финансирования проекта.
Также наши сообщества есть в Telegram, twitter, ВК, Facebook, "Одноклассниках". Приходите, если вы бываете там чаще, чем на Дзене.
