Биологиядағы ең маңызды сұрақтардың бірі - ағзалардағы жаңа ақуыздардың қаншалықты жылдам дамитындығы. Белоктар тіршіліктің негізгі функцияларын орындайтын құрылыс материалы болып табылады. Оларды тудыратын гендер өзгерген сайын белоктар да өзгереді, нәтижесінде жаңа түрлердің эволюциясына әкелетін жаңа функциялар немесе белгілер енгізіледі.
Чикаго университетінің ғалымдары басқаратын Nature Ecology and Evolution журналында жарияланған жаңа зерттеу жаңа ақуыздардың қалай дамитындығы туралы классикалық болжамдардың біріне қарсы шықты. Зерттеу көрсеткендей, ДНҚ-ның кездейсоқ, кодталмаған бөлімдері жаңа ақуыздарды шығару үшін тез дами алады. Бұл de novo немесе «нөлден бастап» гендер белоктардың эволюциясының және биоәртүрлілікке үлес қосатын жаңа, зерттелмеген жолды қамтамасыз етеді.
"Үлкен геномды салыстыруды пайдалана отырып, біз кодталмаған тізбектердің мүлдем жаңа белоктарға айналуы мүмкін екенін көрсетеміз. Бұл үлкен жаңалық ", - деді Манюан Лонг, PhD, Эдна К. Папазиан, УЧикагодағы Экология және эволюцияның құрметті профессоры. және жаңа зерттеудің аға авторы.
Гендер дамуының үшінші жолы
Ондаған жылдар бойы ғалымдар жаңа гендердің дамуының тек екі жолы бар деп есептеді: дупликация және дивергенция немесе рекомбинация. Қалыпты репликация және жөндеу процесі кезінде ДНҚ-ның бір бөлігі көшіріледі және геннің қайталанатын нұсқасын жасайды. Содан кейін, осы көшірмелердің біреуі оның функционалдығын жеткілікті түрде өзгертетін мутацияларды алуы мүмкін, ол әртүрлі болып, ерекше жаңа генге айналады. Рекомбинация кезінде генетикалық материалдың бөліктері жаңа комбинациялар мен жаңа гендер жасау үшін өзгертіледі. Дегенмен, бұл екі әдіс оларды құрайтын аминқышқылдарының ықтимал комбинацияларының жалпы санын ескере отырып, ақуыздардың салыстырмалы түрде аз ғана санын есепке алады.
Ғалымдар де ново гендері нөлден дами алатын үшінші механизм туралы көптен бері ойланып келген. Барлық организмдерде белоктарды кодтамайтын, кейде жалпы геномның 97 пайызына дейін жететін генетикалық материалдың ұзын бөліктері болады. Бұл кодталмаған бөлімдер кенеттен жұмыс істейтін мутацияларды алуы мүмкін бе?
Бұны зерттеу қиын болды, себебі ол тектік, кодталмаған тізбектерді және олардан шыққан кейінгі жаңа гендерді көрсететін бір-бірімен тығыз байланысты бірнеше түрдің жоғары сапалы анықтамалық геномдарын қажет етеді. Бұл айқын, көрінетін эволюция сызығы болмаса, оның шынымен де жаңа ген екенін дәлелдеудің жолы жоқ. Бұрын хабарланған болжамды жаңа гендер белгілі бір сәтте туыссыз организмдерден бөлінген немесе тасымалданған «жетім ген» болуы мүмкін, содан кейін оның предшественниктерінің барлық іздері жоғалып кетті.
Осы қиындықтарды жеңу үшін Лонг командасы күріш өсімдіктерінің 11 жақын туыстық түрінен, соның ішінде ең көп таралған азық-түлік дақылы Орыза сативасынан алынған реттелген және аннотацияланған 13 жаңа геномды пайдаланды. Аризона университетінде профессор Род Винг басқаратын топтармен жұмыс істеді. Қытайдың Хуажун ауылшаруашылық университетінің профессоры Йидан Оуян да Қытайдың оңтүстік жағалауындағы тропикалық аралдағы Хайнаньда өздерінің күріш өсімдіктерін өсіріп, протеомика үлгісін алу үшін жинаған топты басқарды.
Осы өсімдіктердің геномдарын талдағаннан кейін олар кем дегенде 175 де жаңа генді анықтады. Профессор Сици Лиу басқаратын басқа топпен белок белсенділігінің масс-спектрометриялық талдауын Шэньчжэнь, Гуандун, Қытайда орналасқан геномды секвенирлеу орталығында BGI-Shenzhen жүргізді. Олар бұл гендердің 57 пайызы жаңа ақуыздарға, соның ішінде 300-ден астам жаңа пептидтерге ауысқанын дәлелдеді.
Түпнұсқалық де жаңа гендердің осы бірінші үлкен деректер жиынтығымен Лонг командасы олардың эволюциясының үлгісін анықтады. Ол экспрессияның ерте эволюциясынан басталды, содан кейін барлық дерлік де ново гендер үшін белокты кодтау потенциалдарына мутация болды.
«Әртүрлі ағзалардағы интергендік аймақтардың кеңінен байқалатын көрінісін ескере отырып, бұл мағынасы бар», - деді Ли Чжан, УЧикагодағы докторлық зерттеуші және мақаланың жетекші авторы.
Лонг Ориза өсімдіктері де жаңа гендерді іздеуге жақсы геномдар екенін айтады, өйткені олар салыстырмалы түрде жас - олардың бар геномдарында әлі де эволюцияның дәлелдерін көруге болады.
"11 түр бір-бірінен шамамен үш-төрт миллион жыл бұрын ғана бөлінген, сондықтан олардың барлығы жас түрлер", - деді ол. "Сондықтан геномдарды ретке келтірген кезде, барлық тізбектер өте ұқсас болады. Оларда өзгерістердің бірнеше буыны жинақталмаған, сондықтан бұрынғы кодталмаған бөлімдердің бәрі әлі де бар."
Лонг пен оның командасы келесі белоктардың қызметі мен эволюциясын әрі қарай түсіну және олардың құрылымында ерекше нәрсе бар-жоғын білу үшін жаңа ақуыздарды зерттегісі келеді. Егер де ново гендер эволюцияның зерттелмеген жолын ашса, олар жаңа және жақсартылған жасушалық функцияларды жасау механизмдерін аша алады. Мысалы, зерттеушілер жаңа ақуыз тізбектерін жасау үшін геномдағы кірістірулер мен жоюларды түзету үшін әрекет ететін табиғи сұрыпталудың және реттіліктің жақсартылған функцияларға қарай эволюциясының дәлелдерін анықтады.
«Жаңа ақуыздар белгілі бір функцияларды жақсартуы немесе гендерді жақсырақ реттеуге көмектесуі мүмкін», - деді ол. "Әрбір қадамда олар геномға біртіндеп бекітілмейінше, олар ағзаға қандай да бір пайда әкелуі мүмкін."
