Ученые идентифицируют ген, ответственный за эволюцию скоростей рекомбинации

        

Генетика – это дерьмо. Во время полового размножения гены как матери, так и отца смешиваются и смешиваются для получения генетической комбинации, уникальной для каждого потомства. В большинстве случаев хромосомы выстраиваются правильно и пересекаются. Однако в некоторых неудачных случаях «эгоистичная ДНК» входит в микс, вызывая аномальные переходы с делециями или вставками в хромосомах, которые могут проявляться как врожденные дефекты.

Ученые давно признали, что обмен генетическим материалом путем перекрещивания, известный как рекомбинация, имеет жизненно важное значение для естественного отбора. Тем не менее, некоторые виды имеют гораздо больше кроссовера, чем другие. Зачем? Исследователи предполагают, что коэффициенты кроссовера развились, чтобы сбалансировать преимущества перехода с рисками эгоистической ДНК.

«Сейчас существует немного загадки о том, как определенные молекулярные, биологические и геномные феномены эволюционировали в ответ на эгоистичные генетические элементы», – говорит Дэвен Пресгрейвс, профессор биологии декана в Рочестерском университете. «Роль естественного отбора в экологическом контексте является по существу решаемой проблемой, но роль естественного отбора в ответ на эгоистичные генетические элементы все еще разрабатывается».

Presgraves и кандидат PhD Cara Brand недавно достигли важной вехи в изучении этой эволюционной динамики. Изучив два вида плодовых мух, они обнаружили ген MEI-218, который контролирует скорость рекомбинации. В статье, опубликованной в Current Biology они объясняют, как MEI-218 контролирует различия в скорости пересечения между видами и эволюционными силами в игре.

«Это первый ген, который я знаю о том, что кто-то показал, что он несет ответственность за эволюцию скоростей рекомбинации», – говорит Пресгрейвз

Команда сосредоточилась на двух близких разновидностях плодовых мух – Drosophila melanogaster и его сестра, Drosophila mauritiana – потому что в их скоростях рекомбинации развились большие различия: D. mauritiana делает примерно в 1,5 раза больше пересечения, чем D. MELANOGASTER . Когда они сравнивали гены у двух разных видов, исследователи обнаружили, что последовательности ДНК MEI-218 были необычайно разными.

«Естественный отбор лучше всего работает, когда существует множество генотипов, чтобы действовать», – говорит Брэнд, ведущий автор статьи. «Перемешивание комбинаций аллелей посредством рекомбинации порождает разнообразие, на которое действует естественный отбор».

Поэтому рекомбинация важна по двум основным причинам:

1. Представьте себе две хромосомы с генами A и B. На одной хромосоме у вас может быть «хороший» (полезный) аллель и «плохой» (вредный) B-аллель. На другой хромосоме у вас может быть противоположность; плохой аллель и хороший B-аллель. Какая хромосома будет лучше? «Это смешанная сумка, в которой одна хромосома не может обойти другую, – говорит Брэнд. «Рекомбинация может перетасовать наши комбинации аллелей, так что одна хромосома может оказаться вместе с хорошими аллелями A и B вместе, в то время как другая может получить плохие аллели A и B. Теперь, когда эти хромосомы конкурируют, два хороших аллеля выиграют в будущих поколений ».

2. У нас есть комбинации аллелей, которые хороши в нашей нынешней среде, но окружающая среда всегда меняется. Хорошие аллели, которые являются адаптивными и здоровыми, теперь могут быть не такими в следующем поколении. Рекомбинация может перетасовать эти комбинации генов, чтобы некоторые из них были плохими, и те потомства умрут, но некоторые из них будут хорошими, и это потомство выживет.

«Рекомбинация важна – нетрудно убедить кого-либо в этом – но когда мы смотрим на разные виды, мы видим, что скорость пересечения отличается, – говорит Брэнд. «Зачем увеличивать или уменьшать скорость рекомбинации?»

Нет идеальной ставки или распределения кроссоверов, говорит Брэнд. Кроссоверы необходимы для создания жизнеспособного потомства, но пересечение также имеет риски. Эгоистические последовательности ДНК, известные как транспозоны – повторяющиеся генетические элементы, которые, как представляется, не имеют преимуществ для их хозяев, распространяются по всему геному. Транспозоны сродни вирусам, но вместо того, чтобы вводить себя в клетки, они вторгаются в генетический материал. Если аномальные кроссоверы происходят между транспозонами в разных местах на хромосомах, хромосомы не выстраиваются правильно, и важные гены могут быть дублированы или удалены.

Brand and Presgraves выдвигают гипотезу о том, что изменение скоростей рекомбинации между D. mauritiana и D. melanogaster, возможно, эволюционировали, потому что у этих видов было разное количество транспозонов в их геномах. D. melanogaster геном имеет больше транспозонов, чем D. mauritiana поэтому D. melanogaster возможно, развили более низкую скорость пересечения, чтобы избежать более высокого риска вредных переходов между транспозонами.

Это означает, что ген MEI-218 постоянно эволюционирует до постоянно меняющегося оптимума. По словам Пресгрейвса, эволюция MEI-218 похожа на гены, участвующие в иммунитете. «Это должно сделать некоторый интуитивный смысл, потому что гены, вовлеченные в иммунитет, постоянно адаптируются к изменяющимся патогенам сообщества, которые постоянно бросают нам вызов».

Эволюционные биологи ссылаются на эти виды эволюционной динамики как «эволюционные гонки расы», потому что благодаря положительному естественному отбору гены преследуют постоянно меняющийся фитнес-оптимальный. «Может быть, вы только что приспособились, но через несколько поколений вы уже не в оптимальном состоянии. Вы должны развиваться снова и снова, – говорит Пресгрейвз.

Ген MEI-218 до сих пор исследовался только у плодовых мух, но исследование рекомбинации имеет приложения для людей. «Во время мейоза, по крайней мере, один кроссовер на хромосому, как правило, необходим, чтобы убедиться, что хромосомы отделены должным образом», – говорит Брэнд. «Либо отсутствие пересечения или пересечения в неправильных регионах генома – это то, что приводит к многим врожденным дефектам, таким как синдром Дауна».

Источник:

http://www.rochester.edu/newscenter/genetic-recombination-selfish-dna-may-help-explain-differences-in-fruit-flies -312422 /

      

Source link