ИСТОРИЯ МЕДИЦИНЫ

Ученые усомнились, что мутации появляются в геномах живых организмов полностью случайно

Биологи обнаружили первые свидетельства того, что в ключевых участках ДНК растений и животных мутации появляются значительно реже, чем в остальных. Это ставит под сомнение представление о том, что мутации должны появляться совершенно случайно. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature.

"Мы всегда считали, что мутации появляются во всех регионах генома с одинаковой частотой. Однако опыты на растениях показали, что это происходит вовсе не случайно. Причем направленный характер их появления несет пользу для представителей флоры. Это полностью переворачивает наши представления о значении мутаций для эволюции", – рассказал один из авторов исследования, доцент Калифорнийского университета в Дэвисе Грей Монро.

Мутации появляются в ДНК человека и других живых существ практически каждую секунду. Ученые уже больше половины столетия считают мутации главным источником генетической изменчивости, которая нужна для работы естественного отбора, и как одна из главных движущих сил эволюции. Их источником традиционно считаются абсолютно случайные изменения в структуре ДНК, порожденные природными источниками радиации и ошибками в работе клеточных белков.

Монро и его коллеги выяснили, что эта общепринятая догма не соответствует действительности. К такому выводу они пришли в ходе наблюдений за тем, как часто мутации появлялись в различных регионах генома резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Это растение, близкий родич капусты, ученые часто используют в своих исследованиях из-за небольшого размера его генома. В ходе нового исследования Монро и его коллеги вырастили несколько тысяч саженцев резуховидки Таля и расшифровали их геномы.

Защита от мутаций

В общей сложности ученые выделили более миллиона мелких изменений в структуре генома растения, возникших в ходе выращивания его саженцев на территории лаборатории. Когда биологи изучили их распределение по разным сегментам нити ДНК, они с удивлением обнаружили, что в некоторых областях генома мутации возникали заметно реже, чем в других регионах.

Столкнувшись с неравномерным распределением мутаций, Монро и его коллеги детально изучили структуру тех участков, где мелкие сдвиги в структуре генома происходили необычно редко. Как оказалось, почти все эти сегменты ДНК были связаны с работой критически важных генов, необходимых для выживания растения и его повседневной жизнедеятельности.

Более того, последующее изучение трехмерной структуры этих областей генома указало, что они заметно отличались по облику от других регионов ДНК, что было связано с различиями в структуре их белковой упаковки. Подобные особенности устройства этих участков ДНК, как предполагают биологи, делают их более стабильными и доступными для ферментов, которые отвечают за исправление точечных мутаций.

Эта особенность устройства генома резуховидки Таля, как предполагают исследователи, позволяет ему быстрее эволюционировать, так как она резко снижает вероятность появления опасных мутаций в критически важных генах, способных погубить растение или его потомков. По этой причине существование этой формы защиты от мутаций, как подытожили Монро и его коллеги, необходимо учитывать при изучении механизмов и последствий работы естественного отбора.

По материалам сайта ТАСС