Прост крайпътен плевел може да е ключът към разбирането и прогнозирането на ДНК мутациите.
Констатациите на ново изследване на учени от Калифорнийския университет, Дейвис, и Института за еволюционна биология на "Макс Планк", Германия, публикувани в списание Nature, радикално променят нашето разбиране за еволюцията и един ден могат да помогнат на изследователите да селектират по-ценни култури или дори да помогнат на хората да се борят с рака.
Често срещано погрешно схващане е, че еволюцията има предварително определена посока - идея, която биолозите по света непрекъснато се опитват да коригират.
Но новото изследване разкрива, че може да има нещо вярно в това погрешно схващане, поне повече, отколкото някога сме осъзнавали.
Въпреки че не е толкова просто, като целенасочената мутация, сега се оказва, че не всички ДНК са еднакви, когато става въпрос за променливост. Поне не и при един цъфтящ крайпътен плевел, Arabidopsis thaliana, от семейство кръстоцветни (Brassicaceae).
„Винаги сме смятали мутацията като базово произволна в генома“, разказва ботаникът Грей Монро (Grey Monroe) от Калифорнийския университет, Дейвис.
„Оказва се, че мутацията е много неслучайна и е неслучайна по начин, който е от полза за растението. Това е напълно нов начин на мислене за мутацията."
За да възникне генетична мутация (или вариант) на първо място, трябва няколко неща са налице. Първо, ДНК трябва да бъде променена в клетките на зародишната линия - клетки, които предават своя генетичен материал на потомството на организмите.
Това може да включва промяна на една „буква“ в ДНК последователността, чрез увреждане от ултравиолетови лъчи например или загуба на ген, или объркване на цяла хромозома чрез грешки при копира и предаване на генетичния материал.
Тогава това увреждане трябва да се изплъзне от няколко клетъчни механизма, които съществуват, за да предотвратят пренасянето на такива промени. Това включва системи за възстановяване на ДНК или, за екстремни мутации - програмирана клетъчна смърт (апоптоза).
Ако мутацията избегне тези процеси, тя може да бъде предадена на следващото поколение.
Повечето мутации, които включват промяна на една „буква“, са неутрални, тъй като не водят до никакви значителни промени във формата или функциите на организма.
Но тези, които причиняват промени, независимо дали те продължават до следващите поколения, може да са обект на прищевките на естествения подбор.
В този момент се смяташе, че еволюцията прави по-голямата част от подбора между добрите и вредните и безполезни мутации. Например, ако мутация възпрепятства оцеляването на растение или животно, е малко вероятно тя да остане за дълго.
Макар силите на еволюцията да могат да ограничат кои мутации се предават през поколенията, самата мутация обикновено се разглежда като непредвидимо хвърляне на зарове в генетичната библиотека на организма.
„От първата половина на двадесети век еволюционната теория е доминирана от идеята, че мутациите се случват произволно по отношение на нейните последствия“, пише екипът в своя документ.
Монро и колегите му използват растителния еквивалент на лабораторна мишка – гореспоменатото растение Arabidopsis thaliana – за да тестват предположението, че мутацията наистина е произволно разпределена в генома.
Секвенирането на 400 растителни линии Arabidopsis thaliana разкрива повече от 1 милион мутации. В рамките на тези мутации е открита закономерност, което противоречи на очакваното
Изследователите откриват, че определени региони от генома на растението са много по-податливи на мутации от други.
„Това са наистина важните региони на генома“, коментира Монро. "Зоните, които са най-важни от биологична гледна точка, са защитени от мутация."
Това остава вярно, независимо дали са разглеждани кодиращи или некодиращи части от генетичния код, което предполага, че ефектът не се дължи на специфични типове ДНК, а на региона като цяло.
„Еволюцията в гените на Arabidopsis изглежда се обяснява с мутационни пристрастия в по-голяма степен, отколкото чрез естествен подбор“, пишат Монро и колегите му, обяснявайки, че ако това несъответствие е било причинено по-късно от естествения подбор, техният анализ би открил повече уникални генни вариации, отколкото наблюдаваните (тъй като биха били загубени по-късно в процеса).
Нещо повече, данните разкриват епигенетични фактори, като например как ДНК се навива около определени протеини, а механизмите за възстановяване на ДНК предсказват кои части от генома са по-малко податливи на мутации. Вече имаше сериозни доказателства, че възстановяването на ДНК е насочено към активни генни региони, което това проучване също подкрепя.
„Растението е разработило начин да защити най-важните си места от мутация, коментира Детлеф Вайгел (Detlef Weigel)“, научен директор в института Макс Планк и старши автор на изследването.
Ако разберем как Arabidopsis thaliana фалшифицира заровете, когато става въпрос за мутации, това може да има последици не само за други растения, но и за разбирането на еволюцията и болестите при почти всички видове.
„Това означава, че можем да предвидим кои гени са по-склонни да мутират от други и ни дава добра представа за това какво се случва“, отбелязва Вайгел. "Вълнуващо е, защото бихме могли дори да използваме тези открития, за да помислим как да защитим човешките гени от мутации."
Тези открития предполагат, че естественият подбор е изкривил вероятността от мутации в генетичната библиотека на организма.
Така че, докато отделната мутация наистина е все още произволна по отношение на нейните последствия, позицията в генома може да благоприятства оцеляването на организма, дори преди всякакви възможни ефекти от мутацията да влязат в играта на естествения подбор.
Справка: Monroe, J.G., Srikant, T., Carbonell-Bejerano, P. et al. Mutation bias reflects natural selection in Arabidopsis thaliana. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04269-6
Източник:
Study Challenges Evolutionary Theory That DNA Mutations Are Random, Emily C. Dooley, University of California, Davis
New Evidence Challenges The Idea That Mutations Are Entirely Random, TESSA KOUMOUNDOUROS, sciencealert
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари