Стратегия выживания: рыбы в Арктике и Антарктике имеют общий ген - «нежелательную» ДНК

arkrib Рыбы в Арктике и Антарктике имеют общий ген - «нежелательную» ДНК

Две совершенно разные группы рыб исследуют ученые. Одна группа находится в Арктике, другая Антарктике. Они совершенно не связаны друг с другом, разделены океаном, но при этом имеют единую удивительную стратегию выживания. Корреспондент издания «Экология регионов» сообщает: обе они развили способность производить один и тот же особый вид антифризного белка в тканях.

Ученые, занимающиеся этим вопросом, опубликовали результаты исследований, подробно описав молекулярные особенности того, как арктические рыбы создали ген для своего антифриза из крошечных фрагментов некодирующей ДНК — которая когда-то считались «нежелательной ДНК». «Несколько лет назад мы обнаружили, как гликопротеины антифриза эволюционировали в антарктических нототениоидных рыбах, и мы знали, что арктическая треска развивала идентичные варианты, - прокомментировала профессор биологии животных Университета Иллинойса Кристина Ченг , - Но как именно виды трески сделали это самостоятельно, так и осталось загадкой». Чтобы разгадать эту тайну, Ченг и ее коллеги исследовали геномы рыб и других позвоночных на предмет гена, который мог быть предшественником гена антифриза трески.

Они оказались пустыми - «нулевыми», поэтому решили сравнить геномы трески, которые производили антифризный белок и не производили его, чтобы увидеть, как эти две линии различаются. Исследователи обнаружили предок гена антифриза в области некодирующей ДНК, которая, как следует из ее названия, не кодирует жизнеспособный белок. «В течение многих лет после этого открытия я думал, что никто не поверит мне, потому что преобладающее в то время мышление состояло в том, что новые гены должны развиваться из уже существующих предков, кодирующих белки, кодирующие гены», - считает Ченг. В конце концов, исследователи собрали воедино детали происхождения гена антифриза трески. «Его развитие у этих рыб, которые живут в ледяных арктических водах, произошло в результате серии, казалось бы, невероятных, случайных событий», - заявляет Ченг.

читайте также

По ее мнению не только любая случайная последовательность ДНК может продуцировать жизнеспособный белок, не говоря уже о жизненно важном белке, подобном белку антифриза. Даже если исходная последовательность содержала правильный порядок строительных блоков, которые позволяют ей проходить транскрипцию с ДНК на РНК - первый шаг в создании белка - остаются некоторые препятствия. Конкретные последовательности определяют, транскрибируются ли гены в РНК и каким образом, как они редактируются и затем транслируются ли они из РНК в белки. В случае секретируемого белка, такого как белок антифриза у трески, также требуется особая «сигнальная последовательность», чтобы правильно обработать конечный белок и вывести его из клетки в кровоток. Как показали исследования, ген белка антифриза трески был собран в результате нескольких молекулярных событий.

В его сердце крошечный сегмент некодирующей ДНК, состоящий из девяти строительных блоков, называемых нуклеотидами, подвергся множественному дублированию, создавая более длинную последовательность повторов. Эти коды для повторяющихся серий из трех аминокислот : треонин-аланин-аланин. Эти аминокислотные повторы обладают необходимыми химическими свойствами, чтобы связываться с кристаллами льда в крови и препятствовать росту кристаллов. Ученые уверены: в эволюционирующей последовательности генов произошло несколько других случайных событий. Один фрагмент ДНК - при правильном редактировании после транскрибирования гена с ДНК на РНК - включал последовательность, которая маркирует белок для экспорта из клетки. Случайная делеция одного нуклеотида изменила способ трансляции гена, связав сигнал секреции с областью повторов антифриза, сделав их частью одного и того же гена. И, так или иначе, ген также получил правильную контрольную последовательность, которая позволила бы транскрибировать новый ген в РНК. Этот сигнал транскрипции, возможно, был вставлен из другого места в геноме. Или остальная часть гена, возможно, отклонилась от своего первоначального местоположения до того, который содержал сигнал транскрипции. Такие «транслокационные» события ДНК являются обычным явлением в геноме.

Полученные данные дают новое представление о том, как клетка может изобрести «новый, функциональный ген с нуля. Эволюция не так эффективна, это что-то вроде подделки. По- видимому, клеточный механизм постоянно запускает транскрипты последовательностей ДНК, которые могут кодировать или не кодировать функциональные белки. «Этот процесс кажется расточительным, но клетка может перерабатывать РНК, которая не используется», - сказала Ченг. Она считает, что только если транскрипт РНК также содержит некоторые другие последовательности, он будет транслирован в белок.

Если этот белок дает организму преимущество - например, обеспечивает его выживание в ледяных арктических водах - соответствующая последовательность ДНК становится «фиксированной» в геноме. Только те люди, у которых есть эта последовательность в их геномах, будут сохраняться в окружающей среде и передавать новую черту. «После многолетних исследований мы наконец поняли, что родился ген антифриза трески» , - сказала Ченг. «В этой статье объясняется, как эволюционировал антифризный белок в северной треске. И это еще более увлекательный механизм, чем антарктическая версия, в которой задействован уже существующий ген».

User Rating: 0 / 5

Ваша оценка:
Спасибо за оценку.