Ученые нашли причину того, почему некоторые новые гены приобретают решающее значение для организма, пишет sciencenews.org со ссылкой на eLife. Новое исследование было проведено на плодовых мушках. Это показывает, что некоторые новые гены быстро приобретают решающее значение, поскольку они регулируют тип ДНК, называемый гетерохроматином.

Когда-то считающийся «мусорной ДНК», гетерохроматин на самом деле выполняет множество важных задач, в том числе действует как строго охраняемая тюрьма: он блокирует плохие гены, не позволяя им включиться и нанести ущерб.

Гетерохроматин также является одним из наиболее быстро изменяющихся фрагментов ДНК в организме, поэтому гены, которые его регулируют, должны быстро адаптироваться, чтобы не отставать, – объяснил эволюционный биолог Хармит Малик из Центра исследования рака Фреда Хатчинсона в Сиэтле.

«Это действительно удивительно, видеть такую важную роль, которую гетерохроматин играет в эволюции генов», – сказал Маньюан Лонг, биолог-эволюционист из Чикагского университета, не принимавший участия в исследовании.

Ученые задокументировали множество случаев, когда гены возникают на пустом месте и придают организму новые способности. Например, один такой ген у рыб производит новый антифризный белок; другой у мух необходим им для полета.

Около десяти лет назад исследователи обнаружили, что новые гены не просто несут новые функции: некоторые действительно могут быть необходимы для выживания. У плодовой мухи Drosophila melanogaster до 30 процентов основных генов являются «новыми», причем некоторые из них возникли всего 3 миллиона лет назад, что является важным моментом в эволюционной шкале времени. Это открытие опровергло давнее убеждение, что важные гены на самом деле не сильно меняются в ходе эволюции.

Команда Малика исследовала большое семейство генов у плодовых мушек, которые регулируют другие гены: включают их и выключают для выполнения различных задач в клетке. Было обнаружено, что в семействе из 70 генов гены, которые развивались более быстро, с большей вероятностью контролировали важные функции мух. Фактически, 67 процентов быстро развивающихся генов были важны по сравнению с 20 процентами в группе более медленно развивающихся.

«Эта догма полностью противоположна тому, чего можно было ожидать», – сказал Малик.

Команда обнаружила, что один из новых основных генов, получивший название Nicknack, выдает инструкции для белка, который связывается с гетерохроматином, хотя детали остаются неизвестными.

Чтобы увидеть, насколько быстро Nicknack мог взять на себя важную функцию, исследователи заменили ген Nicknack у D. melanogaster на ген Nicknack у его ближайшего эволюционного родственника D. simulans. Два вида мух разделились на две ветви дерева плодовых мух примерно 2,5 миллиона лет назад. Ученые обычно ожидают, что ген Nicknack у S. simulans будет в основном таким же, как у D. melanogaster, потому что он важен и, следовательно, не должен был сильно измениться за короткий промежуток времени (с точки зрения эволюции) в пару миллионов лет.

Они проверили эту теорию, заменив ген D. simulans на муху D. melanogaster, ожидая, что, если бы гены были такими же, обмен не имел бы никакого эффекта. Но вместо этого женские особи прекрасно пережили обмен, в то время как все мужские погибли. Малик считает, что разница между полами связана с гетерохроматином: в Y-хромосоме его много.

«Это как если [D.] simulans [ген Nicknack] входит со связанной за спиной рукой, – говорит Малик. – Он достаточно хорош, чтобы выполнять свою функцию у самок мух, но у самцов мух, где есть огромный блок гетерохроматина, он не может функционировать». Другими словами, ген одного вида не может сравниться с геном другого вида.

Результат предполагает, что за 2,5 миллиона лет, прошедших с момента разделения двух видов, D. melanogaster развил свою собственную версию Nicknack. А поскольку изменение негативно повлияло на самцов с их обилием гетерохроматина в Y-хромосоме, исследователи пришли к выводу, что Nicknack должен играть важную роль в регулировании гетерохроматина. А поскольку гетерохроматин развивается так быстро, ген Nicknack должен также быстро развиваться, чтобы не устареть.

Затем Малик надеется провести дополнительные исследования, чтобы понять точную функцию Nicknack. Это может помочь пролить свет на роль гетерохроматина в формировании скорости и хода эволюции. По его словам, ученые только начинают понимать, что часто «мусорная ДНК» не является мусором.