03 декември 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Откритието на "егоистични" гени отпреди 119 млн години оспорва утвърдени еволюционни представи (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 24 ноември 2022 в 00:01 37860
Илюстрацията е създадена с помощта на AI Dream от НаукаOFFNews

Първоначално се е смятало, че тези егоистични гени няма да се запазят в популациите за дълъг период от време.

Откритието може да промени разбирането ни за това как паразитната ДНК влияе върху еволюцията на генома.
Мейотичните драйвери, един вид егоистични гени, наистина са егоистични. Те се срещат в геномите на почти всички видове, включително и на хората, и незаслужено прехвърлят своя генетичен материал на повече от половината от потомството, което води до безплодие и влошено здраве на организма. До неотдавна се смяташе, че продължителността на живота им в еволюционно време е кратка поради паразитния им потенциал.

Паразитната ДНК е красноречиво описание на генетичните фрагменти, известни на учените като транспозони. Транспозоните са къси участъци от ДНК, които се репликират многократно и се вмъкват в нови места на ДНК в генома.

Егоистични генетични елементи

Егоистичните генетични елементи (в миналото наричани също егоистични гени, егоистична ДНК, паразитна ДНК и геномни престъпници) са генетични сегменти, които могат да подобрят собственото си предаване за сметка на други гени в генома, дори ако това няма положителен или има нетен отрицателен ефект върху физическата годност на организма. Геномите традиционно се разглеждат като сплотени единици, в които гените действат заедно, за да подобрят физическата годност на организма. Когато обаче гените имат известен контрол върху собственото си предаване, правилата могат да се променят и така, подобно на всички социални групи, геномите са уязвими към егоистично поведение от страна на своите части.

Първите наблюдения на егоистични генетични елементи са направени преди почти един век, но темата получава широко внимание едва няколко десетилетия по-късно. Вдъхновени от възгледите за еволюцията, ориентирани към гените, популяризирани от Джордж Уилямс (George Williams) и Ричард Докинс, през 1980 г. в Nature са публикувани една след друга две статии - на Лесли Оргел (Leslie Orgel) и Франсис Крик (Francis Crick) и на Форд Дулитъл (Ford Doolittle) и Кармен Сапиенца (Carmen Sapienza), които въвеждат концепцията за егоистичните генетични елементи (по това време наричани "егоистична ДНК") в по-широката научна общност. И в двата документа се подчертава, че гените могат да се разпространяват в популацията независимо от ефекта им върху физическата годност на организма, стига да имат предимство при предаването.

Сега егоистичните генетични елементи са описани в повечето групи организми и те демонстрират забележително разнообразие в начините, по които стимулират собственото си предаване. Въпреки че дълго време са били отхвърляни като генетични куриози с малко значение за еволюцията, сега се признава, че те влияят на широк спектър от биологични процеси, вариращи от размера и архитектурата на генома до видообразуването.

Институтът за медицински изследвания "Стоуърс", в сътрудничество с Националния институт за биологични науки в Пекин, Китай, откри семейство егоистични гени, които са оцелели в продължение на над 100 милиона години - десет пъти по-дълго от всеки друг мейотичен драйвер, идентифициран някога - поставяйки под въпрос установените убеждения за това как естественият подбор и еволюцията се справят с тези опасни ДНК последователности.

"Смятахме, че тъй като тези гени са толкова вредни, те няма да се задържат дълго в популациите", разказва асоциираният изследовател доктор Сара Зандерс (Sarah Zanders). "Току-що открихме, че това не е вярно, че геномите просто не винаги могат да се отърват от тях."

Генетично насочване

Генетичното насочване (Gene drives) е естествен процес и технология на генното инженерство, която разпространява определен набор от гени в дадена популация, като променя вероятността определен алел да бъде предаден на потомството (вместо Менделеевата вероятност от 50 %).

Мейотичните драйвери са наречени така, защото могат буквално да "задвижват" предаването на своите гени в целия геном, често с негативни последици. Следователно естественият подбор е основната сила, която се противопоставя на егоистичните гени, като благоприятства генетичните вариации, елиминиращи стремежа за възстановяване на плодовитостта и общото здраве на вида.

"Естественият подбор има ограничена способност да премахва мейотичните драйвери от популацията", обяснява Зандерс. "Представете си, че провеждате проби в отбор по футбол (естествен подбор), за да наберете най-добрите играчи (гени, които насърчават физическата годност). Драйверите са играчи, които саботират останалите играчи. Драйверите попадат в отбора, но не защото са добри футболисти."

Семейството гени на мейотичните драйвери wtf (идиом, съкращение на "What the fuck ?!?", възклицание на силно удивление и озадаченост) неочаквано се е запазило в продължение на повече от 100 милиона години. Кредит: Stowers Institute for Medical Research, Mark Miller

В неотдавнашното проучване, публикувано в списание eLife, ръководено от изследователя доктор Микаел Де Карвальо (Mickael De Carvalho) от лабораторията на Зандерс и техни колеги от Китай, се изследва как са се развивали драйверните системи, използвайки наскоро откритото семейство егоистични гени, наречени wtf, като моделна система в т. нар. делящи се дрожди или схизосахаромицети Schizosaccharomyces pombe.

Изследователите установяват за първи път, че wtf егоистичните гени не само са процъфтявали в дрождите Schizosaccharomyces pombe, но са и били предадени на три уникални вида дрожди, които са се отделили от S. pombe преди около 119 милиона години.

"Това откритие е особено новаторско, тъй като семейството на драйверните гени е процъфтявало поне десет пъти по-дълго от това, което генетиците някога са смятали за възможно", коментира Зандерс.

По време на мейозата, специализираното клетъчно делене, което дава началото на репродуктивни клетки като сперматозоиди и яйцеклетки, унаследяването на генетичния материал от набор хромозоми от всеки родител е 50/50, или еднакво вероятно за всяка репродуктивна клетка.

Мейотичните драйвери при дрождите всъщност са по-силният генетичен паразит. Семейството wtf гени са мейотични драйвери убийци - те не само предават егоистичния ген при над 50 % от потомството, но и след това унищожават репродуктивните клетки - или спорите при дрождите - които не наследяват драйверните гени.

За да причини смъртта на определени спори, всеки wtf драйверен ген използва отровен протеин и антидотен протеин, произведени от два припокриващи се транскрипта. Всички развиващи се спори са изложени на отровата, докато само спори, които наследяват гена на wtf драйвера, произвеждат антидота и се спасяват от унищожение.

(А) Модел генетично насочване (Gene drives) за мейотичния  на wtf гените в S. pombe, модифициран от Nuckolls et al., 2017. Всички спори са изложени на въздействието на отровния протеин, но тези, които наследяват wtf драйвера, се спасяват с протеина антидот. (B) Схематична филогения на видовете Schizosaccharomyces. Кредит: Mickaël De Carvalho et al

Естественият подбор в генома обикновено спасява вида от егоистичните гени, облагодетелства гените, които потискат или заглушават драйверните гени, правейки ги безполезни. Начинът, по който семейството на wtf гените избягва потискането, се дължи до голяма степен на бързите им темпове на мутация.

Тази устойчивост променя представата ни за това как даден вид може да преодолее очакваното увеличаване на безплодието, което обикновено води до изчезване. То променя и начина, по който учените могат да търсят и идентифицират семейства от егоистични гени при различни видове, включително и при хората.

"Досега, когато търсех кандидат драйвери в рамките на един геном, не бих взел предвид "старите" гени като възможност", разказва Зандерс. "Тъй като егоистичните гени са основни двигатели на еволюцията, това ново откритие отваря вратата за размисъл как драйверите могат да имат устойчиви, дългосрочни ефекти върху еволюцията на генома."

Изследователят от университета "Стоуърс" Сара Зандерс дава представа за откритието. Кредит: Stowers Institute for Medical Research

Справка: “The wtf meiotic driver gene family has unexpectedly persisted for over 100 million years”, Mickaël De Carvalho, Guo-Song Jia, Ananya Nidamangala Srinivasa, R. Blake Billmyre, Yan-Hui Xu, Jeffrey J. Lange, Ibrahim M. Sabbarini, Li-Lin Du and Sarah E. Zanders, 13 October 2022, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.81149

Източник: Discovery of 119-Million-Year-Old “Selfish” Genes Casts Doubt on Established Evolution Beliefs
Stowers Institute For Medical Research


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.