Розкрито давню загадку геному: що стільки років приховувала наша ДНК

Вчені з Каліфорнійського університету Санта-Крус розкрили стародавню генетичну загадку. Вона

полягає у походженні інтронів.

Що таке інтрони?

Інтрони - це сегменти некодуючої ДНК, якінеобхідно видалити з генетичного коду, перш ніж він транслюватиметься у процесі створення білків. Ця давня особливість, виявлена ​​у всьому еукаріотичному житті - широкому діапазоні організмів, що охоплює всіх тварин, рослини, гриби та найпростіші. Однак вона відсутня в геномах прокаріотів, наприклад, у бактерій. Існує величезна різниця у кількості інтронів, виявлених у геномах різних видів, навіть між близькими.

Чому вони важливі?

Інтрони важливі, бо забезпечуютьможливість альтернативного сплайсингу. Це процес вирізування певних нуклеотидних послідовностей з молекул РНК та з'єднання послідовностей, що зберігаються у «зрілій» молекулі, в ході процесингу РНК.

У свою чергу, це дозволяє одному генукодувати кілька транскриптів і, отже, виконувати складні клітинні функції. Інтрони також можуть впливати на експресію генів, швидкість, з якою гени включаються для створення білків та інших РНК, що не кодують. Зрештою, вони надають нейтральний або навіть трохи негативний вплив на види, в яких існують. І ось чому.

Бінарний код молекули спіральної ДНК. Джерело: ru.freepik.com

Коли сплайсинг інтронів виконується неправильно, ген, у якому живуть, іноді пошкоджується і навіть гине. Такі «пропущені випадки» сплайсингу є причиною деяких видів раку.

У чому полягає та сама загадка біології?

Одна з фундаментальних загадок сучасноїБіологія пов'язана саме з походженням інтронів. Ось що спантеличує вчених - існує величезна різниця в кількості інтронів, які знаходять у геномах різних, навіть близьких видів. Крім того, зазвичай довжина послідовності інтронів у 10-100 разів перевищує довжину кодуючих послідовностей ДНК. Причина цього інтронного вибуху також невідома.

Що зробили вчені?

В рамках нового дослідження, проведеногоспівробітниками Каліфорнійського університету в Санта-Крузі та опублікованого в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), вчені зрозуміли, звідки з'являються інтрони. Вчені припускають, що їхнє джерело — інтронери.

А що це таке?

Інтронери - це нещодавно виявлений типмобільних елементів геному, які здатні розмножуватися та переміщатися ДНК. На думку авторів, вони також єдине ймовірне пояснення подій, коли тисячі інтронів з'являлися в геномі одного виду, схоже, одночасно.

Що з'ясували вчені?

Біологи вивчили геноми 3325 еукаріотичнихвидів, щоб з'ясувати, наскільки поширені інтрони та у яких групах видів вони зустрічаються найчастіше. Загалом вони виявили 27 563 інтронери в геномах 175 видів. Це 5,2% досліджуваних зразків. Вчені вважають, що це доводить участь інтронерів у походженні інтронів, оскільки перші були виявлені у всіх видів тварин до одноклітинних організмів, чий загальний предок проживав понад 1,7 млрд років тому.

Крім того, виявилося, що інтронери зустрічаютьсяу морських організмів у 6,5 рази частіше, ніж у наземних видів. Згідно з попередньою оцінкою, це пов'язано з горизонтальним перенесенням генів. У ході цього процесу гени передаються від одного виду до іншого. А ось під час вертикального перенесення гени передаються від батька до потомства.

Також більше інтронерів виявили у видівгрибів, які, як відомо, мають вищі швидкості горизонтального перенесення генів. Це ще раз підтверджує ідею, що це явище сприяє збільшенню кількості ітронерів.

У цілому нині, різноманітність видів, які вони виявлено, дозволяє припустити, що інтронери є фундаментальним і найпоширенішим джерелом інтронів на дереві життя.

Чому так важливо?

Нове дослідження кидає виклик одній звсеосяжних теорій еволюції геному: зокрема, що рухає складністю геному в еукаріотів. Вважається, що на якомусь етапі еволюції багато видів мала низьку ефективну чисельність популяції. Це означає, що дуже небагато організмів виду виробляли потомство для створення наступного покоління. Саме це дозволило елементам, які, як відомо, мали незначний негативний вплив на популяцію, накопичуватися в геномі.

Полігональної ДНК концепції. Джерело: ru.freepik.com

Дотримуючись цієї теорії, ітронери, від нейтральних дозлегка шкідливих, частіше зустрічаються у популяціях з нижчими показниками ефективності. Але дослідники виявили дещо інше. Наприклад, що Symbiodinium отримує найбільше інтронів серед опитаних. Адже це протист, який відрізняється більш високим ефективним розміром популяції, ніж люди, наземні рослини та інші безхребетні.

Що в підсумку?

Також нове дослідження вказує на складність,що виникає не через адаптацію, створену самим геномом, а як відповідь на конфлікт, викликаний вторинним мобільним елементом — інтронером, — коли він намагається розмножуватися. Оскільки інтронери та інші елементи виборюють виживання і збереження, цей конфлікт і призводить до складності геному.

У результаті дослідники дійшли висновку, щоінтронери не обов'язково безпосередньо призводять до нижчої експресії. Однак гени, які експресуються менше, відрізняються вищою толерантністю до елемента, який може негативно впливати на них. Все тому, що вони менше означають для виживання.

Читати далі:

Незабаром на Землю обрушиться магнітна буря

Названо головну небезпеку місячної місії «Артеміда»

Розкрито істинне значення муміфікації: весь цей час вчені помилялися