Эффект генетической мутации может меняться со временем и эволюцией

0

Генетики стремились понять влияние генетических мутаций, а также то, что движет и поддерживает изменения в ДНК. Теперь исследователи реконструировали эволюцию набора генов и мутации, которые произошли в этих последовательностях с течением времени. Можно предположить, что одна и та же мутация будет иметь аналогичный эффект, независимо от того, происходит ли это в одном и том же гене в разные моменты эволюционного времени или происходит в очень похожих белках. Но это оказывается не так. Влияние генетической мутации, по-видимому, зависит от остальной части последовательности генов, и по мере изменения других мест в этой последовательности эффект мутации также меняется.

В Science ученые оценили более 25 000 генетических мутаций в наборе из девяти генов. Различные мутанты также были включены в дрожжевые клетки, и, используя технологии сортировки клеток, исследователи проанализировали функцию каждого из них.

Поскольку этот набор генов развивался естественным образом, мутации происходили неуклонно, но случайным образом. Но специфические мутации, возникшие в последовательности, могли быть несущественными для клетки в один момент и вредными для клетки в другой момент времени. Судьба каждого гена, по-видимому, зависит не только от естественного отбора, но и от того, что еще происходит в последовательности генов в этот момент времени.

“Многие люди думают, что естественный отбор оптимизировал все наши гены, чтобы сделать наилучшую работу”, – отметил старший автор исследования Джозеф Торнтон, доктор философии Чикагского университета. “Наши результаты показывают, что современные гены являются результатом определенного каскада случайных, но последовательных событий, каждое из которых определяло следующие шаги, которые эволюция могла предпринять в каждый момент истории”.

Мутацию можно проверить, чтобы увидеть, как она влияет на текущую последовательность гена. Но, похоже, нельзя сделать выводы о том, как эта же мутация может повлиять на предыдущие или будущие версии этого гена.

Гены могут иметь эпистатические эффекты – влияние мутации может зависеть от мутаций в других генах, а также мутаций в том же гене. Но это исследование показало, что существует эпистатический дрейф; поскольку эпистатические сайты в генах меняются, влияние, которое он оказывает на другие мутации, также меняется.

“Мы были удивлены тем, насколько распространен эпистатический дрейф, а также тем, насколько постепенным и устойчивым он кажется”, – сказал первый автор исследования Ен Ву Парк, кандидат наук в области генетики, геномики и системной биологии. “Большие эпизодические скачки были редки. Некоторые мутации дрейфуют быстро, некоторые медленнее, но каждая из них постепенно забывает эффекты, которые она когда-то имела у предка, и в будущем она в конечном итоге забудет эффекты, которые она имеет сегодня “.

Это исследование показало, что характеристика мутаций сложнее, чем мы думали, но это все еще возможно. Например, с вирусом SARS-CoV-2, когда вирус постепенно эволюционирует от первоначальной версии, станет труднее предсказать влияние мутации. Но с серией экспериментов, которые фиксируют эффект каждой возможной мутации, легче делать точные прогнозы об их воздействии, объяснил Торнтон.

В настоящее время ученые расширяют свои исследования, чтобы включить все возможные мутации, которые могли произойти в девяти изучаемых последовательностях. Миллионы мутаций будут исследованы, чтобы узнать больше об эпистатическом дрейфе и генетических взаимодействиях, которые произошли в течение эволюционного времени.

Комментарии закрыты