Срочные новости раздела
Ученые Института цитологии РАН и СПбГУ изучили, как появляются новые гены

Ученые Института цитологии РАН и СПбГУ изучили, как появляются новые гены

Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно с учеными Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) изучили, как в ходе эволюции появляется новый репродуктивный белок LOSP у беломорских моллюсков Neritrema. При этом авторам удалось показать редкий биологический процесс — “рождение” нового гена. Результаты исследования позволяют ученым приблизиться к пониманию того, как появились гены современных живых организмов.

© MaxPixel

Сегодня учеными описаны сотни тысяч генов различных видов живых организмов. Большинство из них имеет известные науке гомологи – схожие между собой гены. С их помощью мы можем проследить эволюционную историю генов, но это не открывает путь к пониманию того, как именно они появились. Многие новые гены появляются в результате дупликации, т.е. появления копии, с последующими изменениями этой новой копии за счет случайных мутаций. Часто такие гены берут своё начало ещё от общего предка (Last Eukaryotic Common Ancestor; LECA).

Однако иногда гены могут появляться буквально «на пустом месте», поэтому ученые назвали их генами-сиротами (orphan genes). Они появляются в результате эволюции отдельной родственной группы организмов, вне которой ученые не могут обнаружить гомологи генов-сирот. Некоторые из этих генов представляют пример редкого события – появления нового гена в эволюции, которого не было у предков. Поэтому они представляют интерес для изучения: механизмы появления новых генов, как и всего принципиально нового в эволюционном процессе, все еще слабо изучены.

“Ранее мы обнаружили белок LOSP, который транслируется с гена-сироты, у двух криптических (т.е. внешне почти неотличимых) видов беломорских моллюсков рода Littorina. Этот белок в больших количествах нарабатывается в репродуктивных клетках самцов моллюсков и, по-видимому, важен для их размножения. Мы смогли подробно описать его структуру и особенности экспрессии. Несмотря на то что он специфично нарабатывается в определённом типе репродуктивных клеток, нам не удалось установить его функцию. Для него неизвестно гомологов в базах данных. Его эволюционное происхождение и влияние на эволюцию моллюсков этого рода представляются крайне интересными для изучения“, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории регенеративной биомедицины ИНЦ РАН Арсений Лобов.

Для проведения исследования на первом этапе авторы собрали материал моллюсков шести видов: пяти видов Neritrema и одного вида Littorina – оба относятся к одному роду моллюсков Littorina. В общей сложности было изучено более 200 моллюсков, для которых исследователи получили последовательность мРНК losp. Для лучшего понимания ее структуры авторы также провели расшифровку всех транскриптов в клетках репродуктивных тканей нескольких видов моллюсков из обоих подродов при помощи секвенирования нового поколения (NGS).

Оказалось, что большая часть белка LOSP присутствует только у видов подрода Neritrema, в то время как у изученного вида подрода Littorina был обнаружен лишь небольшой фрагмент этого белка. Ученые предположили, что эти повторы появились вследствие горизонтального переноса (т.е. генетический материал, полученный не от предка, а от другого организма “горизонтально”), и провели поиск гомологов повторов LOSP в геномах бактерий, обнаруженных в микробиоме, “живущими” рядом с этими моллюсками в природе. В результате удалось обнаружить гомологи этого фрагмента в геноме бактерии Pseudodesulfovibrio.

Наконец, когда авторы изучили структуру гена losp, они обнаружили ряд особенностей, указывающих на то, что изначально этот ген появился из некодирующей ДНК. Исходный вариант гена представлен у подрода Littorina. Затем в ходе формирования подрода Neritrema в этот ген встроились повторы, изначально имеющие бактериальное происхождение. В результате появился белок-кодирующий ген, который, по мнению авторов, участвует в половом размножении этих моллюсков. Причем он существенно различается между близкими видами подрода Neritrema и потенциально участвует в поддержании репродуктивной изоляции между ними.

“Наши данные показывают, как может происходить появление нового гена. Причем речь идет не о горизонтальном переносе готового гена бактерий или эволюции уже работающего гена, а о сборке нового гена из некодирующих фрагментов генома. Как и многие такие исследования, оно оставляет больше вопросов, чем дает ответов. Какова функция LOSP в репродукции этих моллюсков? Почему у одних видов Neritrema он подвержен стабилизирующему отбору, а у других он эволюционирует с необычайно высокой скоростью? И, наконец, самый главный вопрос: как появление этого гена повлияло на эволюцию моллюсков рода Littorina?“ – поясняет Арсений Лобов.

В будущем ученые планируют провести функциональные эксперименты и выявить белок-партнер LOSP в репродуктивной системе самок этих моллюсков.

В исследовании принимали участие исследователи из СПбГУ и ИНЦ РАН. Исследования были поддержаны грантом Российского научного фонда (№ 19-14-00321).

Статья опубликована в журнале Gene Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Зоологического института РАН впервые в России обнаружили четыре новых вида тихоходок — микроскопических беспозвоночных, отличающихся своими
подробнее...

При иммунном ответе на раковые клетки Т-киллеры активируются по принципиально иному механизму, чем при ответе на инфекционные агенты. К такому выводу пришли американские биологи, проанализировав
подробнее...

Американские исследователи обнаружили, что уровень натрия в крови у верхней границы нормы — показатель недостаточного потребления жидкости — связан с ранним физическим старением, развитием хронических
подробнее...

Первая в мире вакцина для медоносных пчел была одобрена для использования Министерством сельского хозяйства США. Препарат будут получать с кормом пчелиные матки и передавать устойчивость к болезни
подробнее...

Американские ученые научили Lactobacillus reuteri синтезировать блокатор калиевых каналов лимфоцитов, который способен снижать пролиферацию эффекторных T-клеток памяти и, как следствие, воспаление.
подробнее...

Сотрудники биологического факультета и НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ с коллегами детально изучили факторы, приводящие к хромосомным транслокациям – переносам участков
подробнее...

Российские химики создали молекулярные конструкции на основе органического вещества глутаримида, которые позволяют отправить на разрушение белки, необходимые для деления и роста опухолевых клеток.
подробнее...

Физики из Национальной лаборатории в Брукхейвене (Brookhaven National Laboratory, BNL) открыли совершенно новый тип квантовой запутанности, достаточно известного явления, связывающего квантовые
подробнее...

Физики из коллаборации MicroBooNE сообщили о результатах повторного анализа своих измерений в рамках полной модели нейтринных осцилляций, включающей превращения в стерильные нейтрино. Итог их работы
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова совместно с профессором Калифорнийского университета в Беркли Леоном Чуа
подробнее...

Американские физики изготовили классический аналог кубита с нелинейностью. Он представляет собой две стальные сферы, в которых возбуждаются волны упругости. Оказалось, что механические колебания в
подробнее...

Палеонтологи описали новый род и вид длиннохвостого пахиплеврозавра по полному скелету, найденному в Китае. Хвост этого животного превышал длину его тела. Окаменелый скелет был обнаружен в 2021 году в
подробнее...

Коллектив ученых Санкт-Петербургского государственного университета и Омского научного центра Сибирского отделения РАН создал композитный материал из многослойных углеродных нанотрубок, оксида
подробнее...

Американские нейробиологи обнаружили четвертую оболочку головного мозга. Тонкая мембрана находится между средней и внутренней менингеальными оболочками, непроницаема для крупных молекул и активно
подробнее...

В 2020 году ученые из ВНИИ животноводства им. Л. К. Эрнста, Сколтеха, МГУ и их коллеги получили первого в России жизнеспособного клонированного теленка, самку назвали Цветочек (по названию клеточной
подробнее...

Российские ученые провели межвидовой анализ экспрессии генов головного мозга у рыбок данио, крыс и людей, чтобы идентифицировать новые общие молекулярные мишени для терапии аффективных расстройств
подробнее...

Бразильские генетики изучили эволюцию генов, которая сделала китообразных гигантами. Они обнаружили гены, которые отбирались из поколения в поколение, и помогли не только достичь огромных размеров, но
подробнее...

Учёные из Сколковского института науки и технологий, Института астрофизики им. Лейбница (Германия), Грацского университета Карла и Франца и Обсерватории Канцельхоэ (Австрия), Загребского университета
подробнее...