Ученые из Университета Рочестера (США) впервые применили метод популяционной геномики, чтобы изучить «эгоистичный» суперген, который искажает генетическую наследственность, сообщает пресс-служба вуза. Выводы ученых представлены в журнале eLife.
Исследователи использовали плодовых мушек в качестве модельных организмов для изучения Segregation Distorter (SD) – «эгоистичного» генетического элемента, который искажает правила генетической передачи, вызывая резкие изменения в организации хромосом и генетическом разнообразии. У дрозофил и у человека примерно 70% тех же генов, что вызывают болезни у человека, и поскольку у них очень короткий репродуктивный цикл — менее двух недель, — ученые могут выводить поколения мух за относительно короткий промежуток времени.
Исследование показало, что самки мух передают хромосомы с SD примерно половине своего потомства, как и ожидалось в соответствии с законами наследственности Менделя. Самцы, однако, передают SD-хромосомы практически всему своему потомству, потому что SD убивает все сперматозоиды, не несущие «эгоистичный» генетический элемент.
Как ему это удается? Дело в том, что он превратился в то, что исследователи называют «супергеном» — кластером генов на одной и той же хромосоме, которые наследуются вместе. О том, что SD развился в суперген, науке уже было известно. Но это первый раз, когда ученые использовали популяционная геномику для изучения динамики, развития и долгосрочных эффектов SD на эволюцию генома.
«Это первый случай, когда кто-либо секвенировал целые геномы SD-хромосом и, следовательно, смог сделать выводы как об истории, так и о геномных последствиях того, чтобы быть супергеном», — говорят авторы работы.
Преимущество супергена заключается в том, что несколько генов могут действовать вместе, вызывая почти идеальную передачу гена SD потомству. Однако, как обнаружили исследователи, у супергена есть и существенные недостатки.
При половом размножении хромосомы матери и отца обмениваются генетическим материалом для создания новых генетических комбинаций, уникальных для каждого потомства. В большинстве случаев хромосомы выстраиваются правильно и перекрещиваются. Ученые давно признали, что обмен генетическим материалом путем кроссинговера (или рекомбинации) жизненно важен, поскольку он позволяет естественному отбору устранять вредные мутации и способствовать распространению полезных мутаций.
Однако, как показали исследователи, одна из основных проблем почти идеальной передачи SD заключается в том, что он не подвергается рекомбинации. То есть эгоистичный генетический элемент получает краткосрочное преимущество в передаче, отключая рекомбинацию, чтобы гарантировать передачу всем своим потомкам. Но SD не дальновиден: предотвращение рекомбинации приводит к тому, что SD накапливает гораздо больше вредных мутаций по сравнению с нормальными хромосомами.
[Фото: UNIVERSITY OF ROCHESTER PHOTO / J. ADAM FENSTER]
