• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
16.12.2021
Сколтех
1
3 286

Генетики сходили по грибы и познали тонкости естественного отбора

4.7

Ученые из Сколтеха и их коллеги из России и США собрали и исследовали два десятка шизофиллумов — грибов, признанных самым генетически вариативным видом из известных науке. Благодаря этой особенности у шизофиллума сильно выражен так называемый положительный эпистаз: когда одна мутация компенсирует негативный эффект другой.

Гриб Schizophyllum commune — король мутаций, самый гиперполиморфный вид, известный науке / ©Бернард Спрагг / Свободно от известных лицензионных ограничений (public domain)

Проанализировав грибную ДНК, авторы опубликованного в архиве препринтов biorXiv исследования впервые выявили эпистаз на генетическом материале отдельно взятого вида. Это явление интересно своей ролью в естественном отборе и как один из факторов риска при половом размножении.

«Положительный эпистаз означает, что вредная мутация скомпенсирована некоторой парной мутацией. Поскольку такое сочетание способствует выживанию организма, эти мутации встречаются в паре чаще, чем можно было бы ожидать по воле случая, будь они независимы друг от друга, — поясняет первый автор работы Анастасия Столярова из Сколтеха. — Наше исследование продемонстрировало как раз такую статистическую особенность на примере мутаций в ДНК особей щелелистника (шизофиллума), собранных в Мичигане, Флориде, Москве и Санкт-Петербурге».

Хотя эпистаз характерен для любого вида, наблюдать его на человеке крайне трудно, потому что мы генетически очень похожи друг на друга. «Если выбрать двух случайных представителей рода человеческого и представить их ДНК как две последовательности букв — A-C-G-T и так далее — то на тысячу букв отличаться будет всего одна. То есть там очень мало варьирующихся букв, среди которых можно искать взаимодействующие пары, — рассказывает Столярова. — Это не означает, что у человека меньше таких пар, просто многие из них попадают в ту часть генетического кода, которая совпадает у всего человечества, а значит, их не с чем сравнивать и нельзя выявить статистически».

Но шизофиллум не такой. Этот гриб — король популяционного многообразия, который размывает границы дозволенных внутривидовых девиаций. Две особи шизофиллума могут генетически отличаться в 20 раз сильнее, чем человек и шимпанзе. То есть можно варьировать не каждую тысячную букву кода, а каждую пятую, не прекращая при этом быть шизофиллумом. Даже у популярных в генетических экспериментах мух-дрозофил варьируется лишь каждая сотая позиция ДНК.

Все это позволило ученым ожидать от шизофиллума сумасшедшего потенциала по части демонстрации эпистаза. И он не разочаровал. Авторы исследования полностью секвенировали геном 54 особей гриба (30 штук — из прежнего исследования) и проанализировали два класса мутаций: нефункциональные и функциональные. Первые никак не помогают и не мешают выживанию организма и потому встречаются произвольным образом.

В частности, они не взаимодействуют друг с другом, ведь бесполезная мутация не может усугубить или усилить эффект другой бесполезной мутации. Они использовались как контрольная группа, в то время как экспериментальная группа включала функциональные мутации.

«Когда мы статистически сравнили эти два класса, стало четко видно, что функциональные мутации наследуются парами намного чаще, чем нефункциональные», — подытожила результат Столярова. Ее с коллегами исследование впервые установило конкретные пары мутаций, участвующих в положительном эпистазе в рамках одного вида.

«Это явление уже было показано на межвидовом уровне, например между человеком и шимпанзе, — уточнила ученая. — Скажем, про некоторую мутацию известно, что у человека она вызывает болезнь, а у шимпанзе она — стандартный вариант. Чем это объяснить? По-видимому, шимпанзе в какой-то момент приобрели другую мутацию, которая с тех пор наследуется в паре с патологической и нейтрализует ее».

В работе также показано, что совместно встречающиеся мутации, как правило, находятся на одном гене, что соответствует интуитивным ожиданиям. Поскольку разные гены обычно отвечают за разные белки, нужно крайне маловероятное стечение обстоятельств, чтобы мутации в них каким-то хитрым образом усилили или, наоборот, скомпенсировали друг друга.

Один из фундаментальных выводов, которые позволяет сделать исследование, — это что естественный отбор устроен куда сложнее, чем последовательное отмирание вредных признаков и сохранение полезных. Поскольку эффект вредных мутаций может также быть отменен положительным эпистазом, каждая особь идёт по своей персональной извилистой тропинке эволюционного лабиринта.

Другой любопытный вывод: существование положительного эпистаза расширяет список того, что может пойти не так в половом размножении. А именно, поскольку размножающиеся половым путем существа по определению перемешивают части родительской ДНК, всегда есть риск, что потомству достанется вредная мутация из пары за вычетом компенсаторной. Это свойство, однако, имеет второстепенное значение, и именно половому размножению по-прежнему отдаёт предпочтение большая часть животных благодаря ряду более существенных преимуществ, таких как эффективное приспособление к изменениям среды и прочее.

В числе авторов исследования — сотрудники Сколтеха, МГУ, Мичиганского университета и Института проблем передачи информации РАН. Эпистаз продемонстрирован в работе путём статистического анализа большого массива мутаций. Авторы не рассматривали конкретные функции тех мутаций, которые участвуют в эпистазе, и те механизмы, посредством которых эффекты этих мутаций друг друга компенсируют. Так, например, были установлены вовлечённые в эпистаз мутации на гене, ответственном за синтез белка RadB, который участвует в рекомбинации ДНК, но не конкретные функции этих мутаций и как они взаимодействуют.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Сегодня, 08:24
Даниил Кузнецов

К осени 2022 года редакция Naked Science осмотрелась вокруг и решила, что настала пора запустить цикл статей об искусственном интеллекте. Мы начинаем с большой статьи, подзаголовком которой могла бы стать фраза «краткое введение в историю ИИ — от средневековых монахов до глубокого обучения».

Сегодня, 10:02
Сергей Васильев

Считается, что Луна появилась из вещества, которое было выброшено в космос в результате столкновения Земли с крупным небесным телом. Новая детальная симуляция той древней катастрофы продемонстрировала, что этот процесс мог занять не больше нескольких часов.

Позавчера, 20:31
Никита Логинов

Микробиологи решили одну из давних проблем пивоварения — сделали вкус пива устойчивым к высокому давлению при варке. Для этого пришлось углубиться в ДНК пивных дрожжей и отредактировать код, связанный с насыщенностью вкуса.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

3 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

2 октября
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
0
+
Заголовок - топ!
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: