Исследование дрожжей раскрывает новый механизм, который позволяет клеткам быстрее адаптироваться к изменениям окружающей среды за счет ускорения генетических изменений вокруг генов, которые повышают приспособленность, опубликовано 27 июня в журнале открытого доступа PLOS Biology доктором Джоном Хаусли и его коллегами. в Институте Бабрахама в Кембридже, Великобритания.
Виды развиваются с течением времени, потому что особи, наиболее приспособленные к окружающей среде, выживают и производят больше потомства - так называемый «выживание наиболее приспособленных». Однако обычно предполагается, что эти различия в приспособленности являются результатом генетических изменений, происходящих случайным образом; новое исследование раскрывает механизм, с помощью которого изменения могут быть конкретно нацелены на гены, которые используются более активно.
Исследователи использовали дрожжи для изучения изменений количества копий генов в каждой клетке. Хотя мы думаем, что клетки содержат не более одной или двух копий каждого гена, они часто несут больше копий многих генов; увеличение количества копий позволяет клеткам синтезировать больше белковых продуктов из этих генов, что делает процессы более эффективными. Результаты Хаусли и его коллег показывают, что когда клетка интенсивно использует определенный ген (путем транскрипции его в мРНК для производства белка), у нее больше шансов претерпеть изменение числа копий. В некоторых клетках это приводит к увеличению количества копий, помогая им лучше адаптироваться к окружающей среде. Другими словами, чем активнее используется ген, тем больше вероятность того, что он изменит номер своей копии и потенциально сделает клетку более приспособленной.
В частности, исследование было сосредоточено на гене дрожжей под названием CUP1, который необходим клеткам для выживания в среде с высоким содержанием меди. Дрожжевые клетки обычно несут от двух до пятнадцати копий этого гена, но когда уровень меди вырос, исследователи заметили, что количество копий увеличилось. В результате некоторые клетки получили дополнительные копии гена CUP1, что позволило им превзойти клетки с меньшим количеством копий CUP1 в той же среде. Дальнейшие результаты показали, что клетки могут контролировать этот процесс с помощью белка под названием Rtt109, который вносит химические модификации в определенные участки генома, способствуя изменению числа копий в этих областях.
Райан Халл, аспирант, ведущий исследование в лаборатории Хаусли, сказал: «Мы думаем о генетических изменениях как о чисто случайном процессе, но для клеток имеет смысл разработать способ сфокусировать этот процесс, чтобы помочь им». адаптироваться к изменяющимся условиям. Уже есть конкретные примеры этого, но здесь интересно то, что предложенный нами механизм потенциально работает для многих генов в геноме».
Будущая работа в этой области будет направлена на определение того, сколько генов в геноме могут использовать этот процесс для адаптации числа копий к изменениям окружающей среды, а также на изучение того, могут ли подобные системы управлять эволюцией других организмов.