Специалисты Института биологии развития им. Н.К. Кольцова и Института биологии гена РАН раскрыли, каким образом у плодовых мушек (дрозофил) формируются новые гены. Оказалось, что свежие генетические элементы могут возникать прямо из некодирующих участков ДНК, которые раньше считались почти неизменными на протяжении эволюции. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе РАН.
Биологи исследовали ген lawc, который присутствует только у дрозофил. Эти насекомые нередко используются в лабораторных опытах благодаря их быстрому воспроизводству и простоте в содержании.
Было выяснено, что насекомые полностью сохраняют жизнеспособность даже после удаления этого гена, а значит, его функции только предстоит раскрыть.
Подобные открытия открывают новые возможности в понимании того, как формируются и работают новые гены — не только у мушек, но и у других животных, включая человека.
У организмов, относящихся к эукариотам (имеют ядро в клетках), таких как грибы, растения, животные и люди, гены представляют собой фрагменты ДНК, кодирующие белки. Они построены из чередующихся участков — экзонов (несут информацию о белках) и интронов (некодирующие фрагменты, которые вырезаются на этапе синтеза белка). Интроны играют важную роль в регулировке синтеза белков: в них могут находиться элементы-усилители (энхансеры), влияющие на скорость создания белка. При эволюции в этих регуляторных зонах иногда возникают мутации, которые могут привести к формированию новых генов — ранее функции некодирующих участков сильно недооценивались.
Команда исследователей подробно изучила, как именно появляется новый ген из некодирующего участка ДНК у дрозофил. Ген lawc был выбран для анализа, поскольку кодирует короткий белок, который регулирует работу других генов. Анализ генома показал, что этот элемент есть только у дрозофил и возник примерно 68 миллионов лет назад у их общего предка.
Интересно, что во всех изученных видах плодовых мух lawc имеет два участка, структура которых почти не менялась за десятки миллионов лет.
Такие элементы расположены в регуляторной области гена Trf2, и именно они, по мнению ученых, послужили основой для появления новой кодирующей последовательности lawc. Исследования показали, что ген lawc работает на всех этапах развития мушки и в разных органах, что отличается от появления многих других новых генов, которые активны, как правило, только в отдельных участках организма, например, в семенниках.
Эксперименты с мутантными мушками, у которых отсутствовал ген lawc, показали, что его удаление никак не влияет на выживаемость или количество потомства. Однако это отражается на работе гена Trf2, который частично перекрывается с lawc, что говорит о сложной взаимной связи между этими последовательностями.
Авторы работы подчеркивают, что их исследование открывает новые взгляды на процесс появления генов в ходе эволюции. Они отмечают, что такие механизмы могут использоваться и в биотехнологии — для создания искусственных генов с нужными учёным свойствами. В дальнейшем планируется более детальное изучение подобных процессов и возможностей их применения.
Учёные раскрыли, как эволюция изменяла крылья микроскопических насекомых. В ходе исследования ученые выяснили, что по мере уменьшения размеров жуков число щетинок на крыльях снижалось, а их структура и размеры адаптировались — это позволяло сохранять нужную жесткость и оптимальную проницаемость для воздуха.