Ученые из Института биологии гена РАН и Института биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН выяснили, что у плодовых мушек новые гены могут формироваться из консервативных некодирующих участков ДНК. К такому выводу авторы пришли, исследовав ген lawc, который есть только у дрозофил. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
У эукариот — организмов с клеточным ядром, например, грибов, растений и животных — фрагменты ДНК состоят из чередующихся участков — экзонов и интронов. Экзоны несут информацию о структуре белка, тогда как интроны не кодируют его напрямую и на этапе синтеза вырезаются. Тем не менее интроны могут содержать важные регуляторные элементы, например энхансеры, которые влияют на скорость белкового синтеза. В ходе эволюции именно в таких регуляторных зонах возможны мутации, способные привести к появлению новых генов на месте ранее некодирующей ДНК. Случаи подобного «рождения» новых генов уже описаны для многих организмов, включая человека, однако механизм этого процесса оставался не до конца понятен. В новой работе ученые исследовали, как формируются новые гены из некодирующих последовательностей ДНК на примере плодовой мушки Drosophila melanogaster. Биологи обратили внимание на описанный ранее ген lawc, который кодирует короткий ядерный белок, участвующий в регуляции работы генов. Исследование показало, что эта последовательность есть только у дрозофил (представителей семейства Drosophilidae), а у других насекомых ее нет. Проанализировав данные о происхождении плодовых мушек, авторы уточнили эволюционную историю гена lawc и обнаружили, что он появился около 68 миллионов лет назад у общего предка дрозофил.
Ученые выяснили, что у всех видов плодовых мушек ген lawc имеет два консервативных участка, структура которых почти не менялась в процессе эволюции. Эти элементы расположены в некодирующей регуляторной области гена Trf2: последовательности частично перекрываются, и именно они могли послужить основой для формирования новой кодирующей последовательности lawc. Анализ экспрессии показал, что lawc работает на всех стадиях развития организма и в разных тканях — от нервной системы до половой. Это необычно, поскольку чаще всего гены, образующиеся из некодирующих последовательностей, активны локально. В эксперименте с удалением lawc выживаемость и плодовитость мушек не изменились, однако нарушилась работа гена Trf2, что указывает на их функциональную взаимосвязь.🔬 Полученные данные показывают, что новые гены могут возникать на базе уже существующих регуляторных последовательностей и встраиваться в сложные генетические сети. Это открывает перспективы для понимания эволюционных механизмов и создания искусственных генов в биотехнологии.
«В дальнейшем мы планируем исследовать, как эволюционировали эти совместно работающие гены в условиях их перекрытия. В частности, мы хотим оценить роль малых молекул микроРНК в процессе такой адаптации, поскольку известно, что они представляют собой особый уровень контроля работы генов. Кроме того, исследование позволит ответить на вопрос: могли ли за относительно короткий срок существования молодого гена сформироваться условия для его контроля со стороны малых молекул микроРНК», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ольга Симонова, доктор биологических наук, старший научный сотрудник отдела регуляции генетических процессов Института биологии гена РАН
📌 Результаты опубликованы в Journal of Genetics and Genomics
📰 Подробнее — в материале газеты «Коммерсант»
#новостинауки_РНФ #биология
