Срочные новости раздела
Генетики пошли по грибы и познали тонкости естественного отбора

Генетики пошли по грибы и познали тонкости естественного отбора

Учёные из Сколтеха и их коллеги из России и США собрали и исследовали два десятка шизофиллумов — грибов, признанных самым генетически вариативным видом из известных науке. Благодаря этой особенности у шизофиллума сильно выражен так называемый положительный эпистаз: когда одна мутация компенсирует негативный эффект другой. Проанализировав грибную ДНК, авторы исследования впервые выявили эпистаз на генетическом материале отдельно взятого вида. Это явление интересно своей ролью в естественном отборе и как один из факторов риска при половом размножении.

 Гриб Schizophyllum commune — король мутаций, самый гиперполиморфный вид, известный науке © Бернард Спрагг

«Положительный эпистаз означает, что вредная мутация скомпенсирована некоторой парной мутацией. Поскольку такое сочетание способствует выживанию организма, эти мутации встречаются в паре чаще, чем можно было бы ожидать по воле случая, будь они независимы друг от друга, — поясняет первый автор работы Анастасия Столярова из Сколтеха. — Наше исследование продемонстрировало как раз такую статистическую особенность на примере мутаций в ДНК особей щелелистника (шизофиллума), собранных в Мичигане, Флориде, Москве и Санкт-Петербурге».

Хотя эпистаз характерен для любого вида, наблюдать его на человеке крайне трудно, потому что мы генетически очень похожи друг на друга. «Если выбрать двух случайных представителей рода человеческого и представить их ДНК как две последовательности букв — A-C-G-T и т. д. — то на тысячу букв отличаться будет всего одна. То есть там очень мало варьирующихся букв, среди которых можно искать взаимодействующие пары, — рассказывает Столярова. — Это не означает, что у человека меньше таких пар, просто многие из них попадают в ту часть генетического кода, которая совпадает у всего человечества, а значит, их не с чем сравнивать и нельзя выявить статистически».

Но шизофиллум не такой. Этот гриб — король популяционного многообразия, который размывает границы дозволенных внутривидовых девиаций. Две особи шизофиллума могут генетически отличаться в 20 раз сильнее, чем человек и шимпанзе. То есть можно варьировать не каждую тысячную букву кода, а каждую пятую, не прекращая при этом быть шизофиллумом. Даже у популярных в генетических экспериментах мух-дрозофил варьируется лишь каждая сотая позиция ДНК.

Всё это позволило учёным ожидать от шизофиллума сумасшедшего потенциала по части демонстрации эпистаза. И он не разочаровал.

Авторы исследования полностью секвенировали геном 54 особей гриба (30 штук — из прежнего исследования) и проанализировали два класса мутаций: нефункциональные и функциональные. Первые никак не помогают и не мешают выживанию организма и потому встречаются произвольным образом. В частности, они не взаимодействуют друг с другом, ведь бесполезная мутация не может усугубить или усилить эффект другой бесполезной мутации. Они использовались как контрольная группа, в то время как экспериментальная группа включала функциональные мутации.

«Когда мы статистически сравнили эти два класса, стало чётко видно, что функциональные мутации наследуются парами намного чаще, чем нефункциональные», — подытожила результат Столярова.

Её с коллегами исследование впервые установило конкретные пары мутаций, участвующих в положительном эпистазе в рамках одного вида. «Это явление уже было показано на межвидовом уровне, например между человеком и шимпанзе, — уточнила учёная. — Скажем, про некоторую мутацию известно, что у человека она вызывает болезнь, а у шимпанзе она — стандартный вариант. Чем это объяснить? По-видимому, шимпанзе в какой-то момент приобрели другую мутацию, которая с тех пор наследуется в паре с патологической и нейтрализует её».

В работе также показано, что совместно встречающиеся мутации, как правило, находятся на одном гене, что соответствует интуитивным ожиданиям. Поскольку разные гены обычно отвечают за разные белки, нужно крайне маловероятное стечение обстоятельств, чтобы мутации в них каким-то хитрым образом усилили или, наоборот, скомпенсировали друг друга.

Один из фундаментальных выводов, которые позволяет сделать исследование, — это что естественный отбор устроен куда сложнее, чем последовательное отмирание вредных признаков и сохранение полезных. Поскольку эффект вредных мутаций может также быть отменён положительным эпистазом, каждая особь идёт по своей персональной извилистой тропинке эволюционного лабиринта.

Другой любопытный вывод: существование положительного эпистаза расширяет список того, что может пойти не так в половом размножении. А именно, поскольку размножающиеся половым путём существа по определению перемешивают части родительской ДНК, всегда есть риск, что потомству достанется вредная мутация из пары за вычетом компенсаторной. Это свойство, однако, имеет второстепенное значение, и именно половому размножению по-прежнему отдаёт предпочтение большая часть животных благодаря ряду более существенных преимуществ, таких как эффективное приспособление к изменениям среды и проч.

___

В числе авторов исследования — сотрудники Сколтеха, МГУ, Мичиганского университета и Института проблем передачи информации РАН.

Эпистаз продемонстрирован в работе путём статистического анализа большого массива мутаций. Авторы не рассматривали конкретные функции тех мутаций, которые участвуют в эпистазе, и те механизмы, посредством которых эффекты этих мутаций друг друга компенсируют. Так, например, были установлены вовлечённые в эпистаз мутации на гене, ответственном за синтез белка RadB, который участвует в рекомбинации ДНК, но не конкретные функции этих мутаций и как они взаимодействуют.

Статья опубликована в архиве препринтов biorXiv Источник: skoltech.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

РИА Новости. Ученые из Великобритании и США разработали новый метод оценки графиков эволюции биологических видов на основе геномных данных. Авторы доказали, что современные группы млекопитающих
подробнее...

Коллектив исследователей, в составе которого сотрудники УрФУ, выяснил, как наногель перемещается в гидродинамическом потоке кровеносных сосудов. Иными словами, как умный носитель для лекарства
подробнее...

Избранные астрономические события месяца (время всемирное):
подробнее...

Машинное обучение позволило испанским ученым детально проанализировать микросъемку «ремонта» ДНК в живой клетке. Исследователи открыли несколько новых белков, участвующих в этом процессе, и
подробнее...

Ученые из Японии и Австралии узнали, что грань между ядовитыми и неядовитыми млекопитающими и змеями размыта сильнее, чем предполагали. Также они выяснили, что при определенных условиях неядовитые
подробнее...

Исследователи из Университета Макмастера, Университета Альберты, Американского музея естественной истории и правительства канадской территории Юкон представили образцы ДНК за период от 30 до 3 тысяч
подробнее...

Эмбрион овирапторозавра свернулся в позу, характерную для современных птенцов. Открытие указывает на то, что эта особенность могла развиться сначала у нелетающих тероподов в меловом периоде. Об этом
подробнее...

Сколько копий каждого гена нужно любому виду животных и растений, чтобы он процветал в ареале своего существования, хорошо размножался и расширял среду своего обитания? Природа не дает простого ответа
подробнее...

Пока гигантские динозавры правили сушей, в морской пучине царили другие чудовища — как выясняется, не менее грандиозные. И даже первые их представители были очень велики.
подробнее...

Российские ученые исследовали, как меняется метаболизм хвостатой амфибии — сибирского углозуба — в ответ на замораживание. В отличие от других земноводных, животное использует в качестве «антифриза»
подробнее...

На ускорителе NSCL удалось получить рекордно легкие ядра магния, содержащие всего семь нейтронов. Магний — 12-й элемент Периодической таблицы и один из самых распространенных в земной коре. Он
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н. В. Лаверова Уральского отделения РАН выяснили, что
подробнее...

Согласно новому исследованию, железы на нижней стороне брюшка гигантских шершней выделяют особое сигнальное вещество. Поэтому перед проникновением в пчелиный улей шершень трется об него брюшком, чтобы
подробнее...

Ученые из Мемориального онкологического центра имени Слоуна — Кеттеринга создали  новую разновидность  генетически модифицированных иммунных клеток, которые смогут бороться с опухолями, остававшимися
подробнее...

Ученые-физики из Европейской организации ядерных исследований CERN провели ряд исследований и определили, что антиматерия взаимодействует с гравитацией, подобно обычной материи, и падает в
подробнее...

Почти полная плечевая кость панголина из палеонтологического памятника Грэунчану в Румынии стала окончательным доказательством, что эти животные жили в Европе в эпоху плейстоцена. До этой находки
подробнее...

Московские ученые совместно с американскими коллегами придумали методику, которая позволит раскрыть особенности работы ядерных некодирующих РНК. Эти молекулы управляют активностью генома,
подробнее...

Новое исследование Патриции Бреннан и Дары Орбах — биологов из Колледжа Маунт-Холиок в штате Массачусетс (США) — показало, что у людей и дельфинов еще больше общего, чем мы предполагали. Исследователи
подробнее...