Новости | Раскрывая тайны «эгоистичного гена»: учёные используют геномику, чтобы проследить его эволюцию и последствия

Новости | Раскрывая тайны «эгоистичного гена»: учёные используют геномику, чтобы проследить его эволюцию и последствия

Эгоистичные гены манипулируют правилами наследования, не считаясь с судьбой организма-хозяина. Используя популяционную геномику, биологи из Рочестерского университета впервые показали, как эгоистичный генетический элемент под названием Segregation Distorter (SD) эволюционировал и как со временем повлиял на структуру генома.

Исследование возглавили Аманда Ларракуэнте, доцент кафедры биологии, и Дэйвен Пресгрейвс, профессор и заведующий кафедрой биологии; оно опубликовано в eLife. Учёные обнаружили, что SD не только изменяет организацию хромосом, но и существенно снижает генетическое разнообразие.

Первое полногеномное секвенирование эгоистичного гена у плодовых мушек

Исследовательская группа выбрала плодовых мушек в качестве модельного организма. Эти мелкие насекомые имеют примерно 70% генов, связанных с заболеваниями человека, и короткие репродуктивные циклы, что позволяет быстро получать несколько поколений.

Исследователи обнаружили, что если самки плодовых мушек несут хромосому SD, её наследуют примерно 50% их потомства, что соответствует законам Менделя. У самцов ситуация сильно отличается: они передают хромосому SD почти 100% потомства, поскольку SD «уничтожает» сперматозоиды, которые её не несут, фактически монополизируя передачу.

Как SD это делает? Исследования показывают, что он эволюционировал в суперген — участок хромосомы, в котором несколько эгоистичных генов тесно сцеплены и наследуются вместе. Такая структура позволяет генам работать как единой группе, значительно повышая вероятность их передачи.

«Это первое полногеномное секвенирование хромосомы SD, которое впервые позволило раскрыть историю этого супергена и его далеко идущие последствия для генома», — сказал профессор Пресгрейвс.

Краткосрочное преимущество супергена может привести к долгосрочному вырождению

Хотя суперген имеет очевидное краткосрочное преимущество, обеспечивая почти идеальную передачу, исследователи обнаружили, что это преимущество достигается ценой блокирования генетической рекомбинации.

При обычном половом размножении хромосомы от каждого родителя рекомбинируют и обмениваются генетическим материалом, создавая уникальное потомство. Рекомбинация повышает генетическое разнообразие и позволяет естественному отбору устранять вредные мутации, сохраняя полезные варианты.

Хромосома SD не подвергается такой рекомбинации. Она избегает обмена генами с нормальной хромосомой, чтобы наследоваться как целостный сегмент. В результате она становится рассадником мутаций: исследование показало, что хромосомы SD накапливают значительно больше вредных мутаций, чем обычные хромосомы.

«Без генетической рекомбинации хромосома SD не может использовать естественный отбор для удаления мутаций, а эти мутации могут нарушать функцию или регуляцию генов», — объяснила профессор Ларракуэнте.

Профессор Пресгрейвс также отметил, что уклонение от рекомбинации может незаметно приближать SD к эволюционному вымиранию.

«Поскольку хромосома SD лишена рекомбинации, она начинает демонстрировать признаки эволюционного вырождения», — сказал он.

Почему эгоистичные гены важны: от микроскопического уровня к широкой картине

Исследование SD не только показывает, как некоторые гены нарушают справедливые правила наследования, но и демонстрирует, что краткосрочные эволюционные преимущества могут иметь долгосрочную цену.

В более широком смысле эгоистичные генетические элементы встречаются по всему геному человека. Некоторые из них могут нарушать соотношение полов, влиять на фертильность, повышать риск мутаций или ускорять вымирание популяций. Лучшее понимание этих факторов может дать важные ориентиры для будущих исследований генетических заболеваний и репродуктивного здоровья.

Источник статьи:

Собрано в интернете