Группа ученых из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор совместно с коллегами из Еврейского университета и Кембриджа представила результаты масштабного исследования эволюции растительного мира. В статье, опубликованной в журнале «Science», описывается обнаружение более 2,3 миллиона регуляторных последовательностей ДНК, которые оставались практически неизменными на протяжении сотен миллионов лет. Эти участки, называемые консервативными некодирующими последовательностями, выполняют функции биологических переключателей, определяя время и условия активации конкретных генов.
Долгое время в биологии доминировало мнение, что механизмы управления генами у растений эволюционируют значительно быстрее, чем у животных. Если сходство самих генов у разных видов было очевидным, то регуляторная ДНК считалась крайне изменчивой. Исследователям удалось опровергнуть это представление, проанализировав 314 геномов 284 видов растений. Для обработки этого массива данных был разработан вычислительный инструмент «Conservatory», позволивший сопоставить микрогруппы генов и проследить их структуру от древних предков до современных культурных сортов.
Анализ показал, что некоторые обнаруженные последовательности возникли еще до разделения цветковых растений и их древних предшественников – более 400 миллионов лет назад. Ученые выявили три ключевые закономерности развития этих элементов. Порядок расположения последовательностей на хромосоме остается стабильным, даже если физическое расстояние между ними меняется. При глобальных перестройках генома регуляторные элементы могут связываться с новыми генами. Также было установлено, что древние механизмы управления часто сохраняются после дупликации генов, становясь основой для появления новых биологических функций и признаков.
Результатом работы стал атлас генетической регуляции, охватывающий десятки сельскохозяйственных культур и их диких сородичей. Биологи полагают, что эти сведения помогут в создании сортов, устойчивых к засухе и другим климатическим вызовам. Понимание того, как природа сохраняла определенные участки ДНК на протяжении геологических эпох, открывает возможности для более точного редактирования признаков растений без нарушения их жизнеспособности. Проект не только предоставляет прикладные инструменты для селекции, но и значительно расширяет знания о фундаментальных путях развития жизни на Земле.