Когда организмы меняются в ходе эволюции, часто новые формы вызывают не сами гены, а генная регуляция - то, что включает и выключает гены. Новое исследование определяет тип регуляции генов, который, скорее всего, приведет к эволюционным изменениям.
Большинство современных организмов хранят генетическую информацию в ДНК и транскрибируют информацию из ДНК в РНК. Говорят, что белковые «факторы транскрипции», которые ингибируют или усиливают транскрипцию генов в ДНК, регулируют экспрессию генов.
В мартовской статье в PNAS команда из Швейцарии из ETH Zürich и Цюрихского университета продемонстрировала, что регуляция генов с помощью белковых факторов транскрипции с большей готовностью способствует эволюционным изменениям, чем другая форма регуляции генов, которая работает на уровне РНК.
«Это действительно удивило нас», - сказал старший автор Андреас Вагнер, внештатный профессор Института Санта-Фе и председатель Института эволюционной биологии и экологических исследований Цюрихского университета. «Это не самоочевидно. Это одна из тех вещей, которые вы просто не знаете, пока не посмотрите».
«Новые формы регулирования имеют решающее значение для многих новых особенностей жизни», - сказал Вагнер. «То, что отличает строение тела человека от тела морских ежей или плодовых мушек, - это новые виды регуляции - включение и выключение нужных генов в нужное время».
Предыдущая работа той же группы показала, что факторы транскрипции демонстрируют высокий уровень двух ключевых эволюционных черт - устойчивости и эволюционируемости. Надежная система функционирует относительно нормально, даже когда происходят мутации. Напротив, эволюционирующая система способна генерировать новые формы или признаки в ответ на новые мутации.
Добавлен ведущий автор Джошуа Пейн (ETH Zurich, Швейцарский институт биоинформатики): «Мы обнаружили, что сайты связывания факторов транскрипции подвержены высокой степени эволюции, потому что мутации часто создают сайты связывания для других факторов транскрипции. Таким образом, мутации в сайтах связывания факторов транскрипции могут легко привести к фенотипическим вариациям».
Эволюция регуляции транскрипции может помочь объяснить, почему организмы перешли от использования РНК для хранения информации около 4 миллиардов лет назад к использованию ДНК и белков, сказал Вагнер.